Phát triển công cụ mới để phân tích các mạch siêu dẫn lớn
Thế hệ máy tính và xử lý thông tin mới thuộc về thế giới đầy hấp dẫn của cơ học lượng tử. Các máy tính lượng tử được chờ đợi có khả năng giải quyết những bài toán cực phức tạp và cực lớn, vốn nằm ngoài phạm vi của các cỗ siêu máy tính quyền năng nhất hiện nay.
Do đó cần thiết có các công cụ nghiên cứu mới để thúc đẩy lĩnh vực này và phát triển các máy tính lượng tử hoàn thiện. Hiện các nhà nghiên cứu tại trường đại học Northwestern đã phát triển và thử nghiệm một công cụ lý thuyết để phân tích các mạch siêu dẫn lớn. Các mạch này được sử dụng trong các bit lượng tử siêu dẫn, hay còn gọi là các qubit, đơn vị nhỏ nhất của một máy tính lượng tử, để lưu trữ thông tin.
Kích thước của mạch là tối quan trọng để bảo vệ nó khỏi nhiễu bất lợi có xu hướng làm giảm đi độ phức hợp của mạch. Hiện tại có một số công cụ có thể giải quyết việc mô hình hóa các mạch lớn, khiến phương pháp của các nhà nghiên cứu Northwestern trở thành một đóng góp quan trọng cho cộng đồng nghiên cứu. “Khung của chúng tôi được truyền cảm hứng từ các phương pháp được phát triển cho nghiên cứu về các electron trong các tinh thể và cho phép chúng tôi đạt được các dự đoán mang tính định lượng cho các mạch rất khó hoặc không thể truy cập”, Daniel Weiss, tác giả liên hệ và tác giả thứ nhất của nghiên cứu mới, nói. Anh là một học viên bốn năm trong nhóm nghiên cứu của Jens Koch, một chuyên gia về các qubit siêu dẫn.
Koch, một phó giáo sư vật lý và thiên văn học tại trường Nghệ thuật và khoa học Weinberg, là một thành viên của Trung tâm các vật liệu và các hệ lượng tử siêu dẫn (SQMS) và Trung tâm Tiên tiến lượng tử đồng thiết kế (C2QA). Cả hai trung tâm quốc gia này đều được Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) thành lập vào năm ngoái. SQMS tập trung vào xây dựng và sử dụng máy tính lượng tử siêu đỉnh cao trên cơ sở các công nghệ siêu dẫn. C2QA đang xây dựng các công cụ cơ bản và cần thiết để tạo ra các hệ máy tính lượng tử kháng lỗi, phân tán và có thể nâng cấp về quy mô. “Chúng tôi rất hào hứng được đóng góp vào các nhiệm vụ do hai trung tâm của DOE theo đuổi và đưa tầm nhìn của Northwestern vào lĩnh vực khoa học thông tin lượng tử này”, Koch nói.
Trong nghiên cứu của họ, các nhà nghiên cứu Northwestern đã làm rõ việc sử dụng công cụ lý thuyết của mình bằng việc tách từ một mạch được bảo vệ thông tin định lượng mà không thể đạt được bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn thông thường.
Các chi tiết của nó đã được ghi rõ trong bài báo xuất bản tại tạp chí truy cập mở Physical Review Research 1.
Các nhà nghiên cứu nghiên cứu một cách đặc biệt các qubit được bảo vệ. Các qubit này được bảo vệ khỏi những nhiễu bất lợi do thiết kế và có thể đem lại lợi ích về thời gian hơn cả các qubit tiên tiến hiện nay.
Các mạch siêu dẫn cần phải rất lớn và công cụ của Northwestern rất có ý nghĩa về định lượng hành xử của các mạch đó nhưng mỗi mạch lại chỉ hoạt động tốt ở trong những điều kiện nhất định. Phương pháp của Northwestern bổ sung vào đó và hoạt động tốt khi các công cụ khác có thể đạt tới gần những điểm cực thuận.
Công trình này mang tên “Variational tight-binding method for simulating large superconducting circuits”.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-09-tool-large-superconducting-circuits.html
————————
1. https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.3.033244
