Suomalaisen kvanttikoneyritys IQM:n, Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat keksineet uudenlaisen suprajohtavan kubitin, unimonin, joka saattaa lisätä kvanttilaskennan tarkkuutta. Ryhmä on saavuttanut ensimmäiset loogiset kvanttiportit unimoneilla 99,9 prosentin tarkkuudella, mikä on tärkeä virstanpylväs kaupallisesti hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamisessa.

Suprajohtavat kubitit ovat edelläkävijöitä kaikkien erilaisten lähestymistapojen joukossa hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamiseen. Tällä hetkellä käytetyt kubittityypit ja tekniikat eivät kuitenkaan vielä tarjoa tarpeeksi korkeaa suorituskykyä käytännön sovelluksiin. Nykyisten kvanttilaskutoimitusten pituutta rajoittavat enimmäkseen virheet yhden ja kahden kubitin kvanttiporteissa.

Kvanttilaskutoimituksista on tehtävä tarkempia ollakseen hyödyllisiä.”Tavoitteenamme on rakentaa kvanttitietokoneita, jotka antavat etua käytännön ongelmien ratkaisemisessa. Tämänpäiväinen ilmoituksemme on tärkeä virstanpylväs IQM:lle ja myös merkittävä saavutus parempien suprajohtavien kvanttitietokoneiden rakentamisessa”, sanoo tutkimusta johtanut professori Mikko Möttönen.

Tutkijat ovat kehittäneetkin jo  uuden suprajohtavan kubittityypin, unimonin, joka yhdistää monet halutut ominaisuudet, kuten lisääntyneen epälineaarisuuden, täydellisen epäherkkyyden hitaalle jännitekohinalle, vähentyneen herkkyyden magneettiselle kohinalle ja yksinkertaisen rakenteen, joka koostuu vain yhdestä Josephsonin liitoksesta sähköisessä värähtelijässä.Tiimin saavuttama tarkkuus 13 nanosekunnin mittaisille yhden kubitin porteille vaihteli 99.8  ja 99.9 prosentin välillä kolmella eri unimonilla.

”Koska unimonilla on suurempi anharmonisuus eli epälineaarisuus kuin transmoneissa, voimme tehdä sillä nopeampia logiikkaoperaatioita, mikä luo pohjan virheiden määrän vähentämiseen operaatiota kohden”, selittää Eric Hyyppä, joka tekee väitöskirjatutkimustaan IQM:ssä.

Demonstroidakseen unimonin kokeellisesti tutkijat suunnittelivat ja valmistivat siruja, joista jokainen koostui kolmesta unimon-kubitista. He käyttivät niobiumia suprajohtavana materiaalina lukuun ottamatta Josephsonin liitoksia, joissa suprajohtavat johtimet valmistettiin alumiinista.

Tiimin mittausten perusteella unimon-kubitilla on suhteellisen korkea epälineaarisuus, vaikka se koostuu vain yhdestä Josephsonin liitoksesta ilman superinduktanssia ja antaa silti suojausta virheitä aiheuttavaa kohinaa vastaan.

Unimonin puhtaasti geometrisella induktanssilla on mahdollista saavuttaa parempi ennustettavuus ja toistettavuus kuin aiemmin käytössä olleilla liitosketjuihin perustuvilla superinduktansseilla.

”Unimonit ovat niin yksinkertaisia ja silti niillä on monia etuja transmoneihin verrattuna. Se tosiasia, että ensimmäinen koskaan tehty unimon toimi näin hyvin, antaa runsaasti tilaa optimoinnille ja suurille läpimurroille. Seuraavaksi meidän pitäisi optimoida kubitin geometriaa, jotta voisimme parantaa entisestään kubitin suojausta kohinaa vastaan ja toteuttaa kahden kubitin operaatioita”, tuumaa professori Möttönen.

IQM:n kaupalliset kvanttitietokoneet käyttävät vielä toistaiseksi transmon-kubitteja. Näin IQM toimittaa asiakkailleen paikan päälle kvanttitietokoneita ja on esimerkiksi rakentamassa Suomen ensimmäistä 54 kubitin kvanttitietokonetta yhdessä VTT:n kanssa. Lisäksi IQM-vetoinen konsortio Q-Exa on rakentamassa Saksassa 20 kubitin kvanttitietokonetta, joka integroidaan supertietokoneeseen. Nyt keksitty unimon on vaihtoehtoinen kubitti, joka voi mahdollistaa kvanttilaskennan tarkkuuden parantamisen tulevaisuudessa.

Lisää: Aiemmat suomalaista kvanttitietokoneita ja suomalaista IQM-yhtiötä käsitelleet uutiset Uusiteknologia.fi:ssä (LINKKI).