I ricercatori dell’informatica quantistica continuano a cercare modi per rendere i fragili sistemi quantistici più stabili e facili da scalare. Un nuovo design di processore suggerisce che far funzionare i qubit a frequenze molto più alte potrebbe contribuire a risolvere alcuni dei problemi ingegneristici più persistenti del settore.
Lo studio, guidato da Masroor H. S. Bukhari dell’Università di Jazan, Arabia Saudita, e da un team di ricerca internazionale, descrive un processore quantistico superconduttore basato su otto qubit transmon.
Quel prototipo è progettato per scalare fino a 72 qubit su un singolo chip. A differenza della maggior parte dei processori superconduttori esistenti, che tipicamente funzionano tra i 4 e i 6GHz, il sistema proposto opera oltre i 10GHz.
Design transmon ad alta frequenza
I ricercatori descrivono l’approccio come informatica quantistica ad alta coerenza e alta frequenza, o HCQC. Gli ingegneri puntano a una frequenza operativa centrale di circa 12GHz all’interno di un intervallo di lavoro di 11-13,5GHz.
Passare a frequenze più alte consente strutture qubit-risonatore più piccole e operazioni di gate più rapide, migliorando al contempo la resistenza al rumore elettrico e riducendo l’attivazione termica che può compromettere gli stati quantistici.
Gli obiettivi prestazionali includono tempi medi di rilassamento fino a 1,9 millisecondi e fattori di qualità che si avvicinano a 2,75 × 10⁷. Il raggiungimento di questi valori rappresenterebbe un miglioramento significativo della stabilità dei qubit.
La fabbricazione si basa su qubit transmon al tantalio prodotti con metodi di incisione a secco, combinati con giunzioni Josephson a trilayer niobio/alluminio/ossido di alluminio su substrati di silicio ad alta resistività.
Lettura e accoppiamento migliorati
Il controllo del sistema è supportato da una topologia Quad-Transmon-Coupler che rafforza l’interazione tra i qubit. La misurazione dei segnali utilizza l’Amplificazione Parametrica a Onda Viaggiante per migliorare la rilevazione di segnali microonde estremamente deboli.
Il funzionamento a queste frequenze potrebbe permettere ai processori di operare a temperature tra i 150 e i 200 millikelvin. È più alto rispetto ai circa 65 millikelvin di base utilizzati oggi.
Il test del prototipo a otto qubit è in corso. Risultati positivi potrebbero supportare il calcolo quantistico tollerante ai guasti, operazioni logiche più veloci e progetti di processore più compatti.