الحاسوب الكمومي يشبه أوركسترا حيث يجب على كل عازف أن يعزف نغمته بدقة. لكن في القاعة هناك ضجيج غير مرئي — عيوب في التماسات فائقة التوصيل تُخرج الكيوبتات عن الإيقاع. تُسمى هذه العيوب أنظمة ذات مستويين. إنها مثل الشقوق الصغيرة في الزجاج: صغيرة، لكنها قادرة على إفساد الصورة كاملة.
قرر مؤلفو الدراسة معرفة مصدر هذه الشقوق. جمعوا مجموعة بيانات ضخمة: 6000 تماس من الألومنيوم وأكسيد الألومنيوم، وأكثر من 600 صورة بدقة ذرية. اتضح أنه كلما كانت طبقة الألومنيوم أسمك وحبيبات المعدن أكبر، قلّت العيوب. الأمر كما لو أن الطبقة السميكة المتجانسة أقوى من الطبقة الرقيقة ذات الحبيبات الدقيقة.
هذا النهج — البيانات الضخمة بالإضافة إلى المجهرية — يفتح الطريق نحو دوائر كمومية أكثر موثوقية. عيوب أقل تعني ضجيجًا أقل، وبالتالي تستطيع الكيوبتات الحفاظ على حالاتها الكمومية لفترة أطول. إنها خطوة نحو جعل الأوركسترا الكمومية تعزف بشكل أنقى.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.11469
Materials defects in Josephson junctions (JJs), often referred to as two-level systems (TLS), couple to superconducting qubits and are a critical bottleneck for scalable quantum processors. Despite their importance, understanding the microscopic sources of TLS and how to mitigate them has remained a major challenge. Here, we demonstrate a high-throughput, correlated approach to trace the microstructural origins of strongly-coupled TLS in Josephson circuits. We assembled a massive dataset of TLS across 6,000 Al/AlOx/Al JJs and more than 600 atomic resolution transmission electron microscopy images. We statistically link fabrication, microstructure, and TLS occurrence, revealing a strong correlation between Al electrode thickness, Al grain size, and TLS density. Correspondingly, we find a two-thirds reduction in TLS prompted by a change in electrode fabrication parameters. These results demonstrate a robust, data-driven methodology to understand and control defects in quantum circuits and pave the way for significantly reducing TLS density.
الأنظمة ذات المستويين تتصرف مثل مغناطيسات صغيرة تنقلب عشوائيًا وتزعج الكيوبتات.