Почему гейтмоны не догоняют обычные кубиты экспресс
Два одинаковых автомобиля сходят с одного конвейера. Кузов, колёса, руль — всё совпадает. Только в одном стоит обычный бензиновый мотор, а в другом — гибридный, который можно подстраивать под дорогу. И вот гибрид глохнет через пару километров, а бензиновый едет десятки. Примерно так обстоят дела с двумя типами сверхпроводящих кубитов — строительных блоков квантового компьютера.
В новой работе физики изготовили на одном чипе два вида кубитов: обычные, с туннельным переходом между сверхпроводниками, и гейтмоны — с переходом, в который встроен кусочек полупроводника. Всё остальное — разводка, диэлектрики, управляющие линии — было одинаковым. Разница лишь в сердце кубита: джозефсоновском переходе, который задаёт его квантовые свойства. И вот результат: обычные кубиты живут десятки микросекунд, а гейтмоны — всего несколько. Причём разрыв не объяснить потерями на излучение или утечками в цепи — все эти каналы посчитали и вычли. Остаётся сам переход.
Измерения при разных температурах показали, что в обоих типах переходов одинаково ведут себя квазичастицы — возбуждения, которые разрушают квантовую информацию. Значит, дело не в них. Разница в чём-то другом, что не зависит от температуры и сидит глубоко в самом переходе. Возможно, в дефектах материала или в неконтролируемых процессах на границе сверхпроводника и полупроводника. Это как если бы в гибридном моторе была невидимая трещина, которая не видна на чертеже, но постоянно подсасывает мощность.
Пока гейтмоны не догонят обычные кубиты по времени жизни, квантовые компьютеры на их основе будут проигрывать в надёжности. Но теперь хотя бы ясно, куда смотреть: не на внешние помехи, а внутрь самого перехода. Возможно, инженеры найдут способ залатать эту трещину — и тогда гибкие кубиты станут не только удобными, но и долгоживущими.
Джозефсоновский переход — это два сверхпроводника, разделённые тонким слоем изолятора или полупроводника. Через такой барьер туннелируют куперовские пары — связанные пары электронов, которые и создают сверхпроводимость. Толщина барьера — всего несколько нанометров, в тысячи раз тоньше человеческого волоса.
В сериале «Разрабы» квантовый компьютер строится на сверхпроводящих кубитах, и герои борются за каждый процент точности их работы — примерно так же, как физики сейчас борются за микросекунды времени жизни гейтмонов.