회사의 손에있는 라이브 바카라 컴퓨터의 산업-아카데미아 정부 기반 협력

회사의 손에 라이브 바카라 컴퓨터를 만들기위한 산업-아카데미아 정부 기반 협력

2024/07/31

회사의 손에있는 라이브 바카라 컴퓨터의 산업-아카데미 정부 기반 협력 성능 평가에서 qubit longevity까지AIST G-Quat는 도전에 참여하는 팀입니다

AIST는 라이브 바카라 기술을위한 새로운 연구 센터 인 "G-Quat"를 설립했으며 라이브 바카라 기술을 기반으로하는 산업-아카데미아 정부 협력을 촉진하기 위해 노력하고 있습니다라이브 바카라 컴퓨터의 대규모 확장 및 라이브 바카라 컴퓨터의 산업화를 지원하는 제조 기술 개발을 지원하는 평가 서비스및 more라이브 바카라 기술의 사회적 구현 및 새로운 시장 창출"Quantum Device 측정 팀"은 다음과 같습니다재료, 설계, 측정 및 제조 공정을 포함한 다양한 관점에서 초전도 큐브를 사용한 라이브 바카라 컴퓨터의 연구 및 개발, 지금까지 진행하십시오세계 최고 성능 전자 레인지 공진기 개발와 같은 업적을 달성했습니다 그리고 그들은 현재 회사 및 연구 기관과 협력하여 산업 단계에 들어가기 시작한 라이브 바카라 컴퓨터의 개발을 사회적 구현으로 가속화하고 있습니다 우리는 연구팀의 책임자 인 Inomata Kunihiro에게 현재의 연구 상태와 미래의 전망에 대해 물었다

초전도 큐브의 성능을 정확하게 평가하기위한 플랫폼을 제공

"우리 팀은 초전도 큐 비트를 산술 요소로 사용하는 라이브 바카라 컴퓨터에 대한 일련의 연구를 수행하고 있으며 큐브에 관여 할뿐만 아니라 독서에도 관여하는 장치를 설계, 제작 및 평가합니다"

"또 다른 기능은 우리가 개발 한 내용뿐만 아니라 우리를 대신하여 개발 한 내용을 측정하고 평가할 수있는 플랫폼이 있다는 것입니다이 장치 설정은 정확하고 사용하기 쉬운 샘플 측정 플랫폼을 만드는 데 매우 중요합니다"라고 Inomata는 설명합니다

초전도 큐 비트는 10 mk (001 k = -27314 ° C)의 극저온 환경에 배치해야하며 희석 된 냉장고라고하는 큰 냉동고에 설정되어 있습니다 현재 전 세계에서 사용되는 희석 된 냉장고의 약 90%가 핀란드에서 만들어지며, 6 개의 원형 플레이트가 원통형 용기의 상단에서 순차적으로 포함되어 있으며, 가장 낮은베이스 플레이트는 001K로 냉각되며, 여기서 초전도 큐 비트가 설정됩니다

그러나 정확하게 측정하고 평가하기 위해 상업적으로 이용 가능한 희석 냉장고를 그대로 사용할 수 없습니다 다양한 장치 (구성 요소), 부품의 설계 및 개발을 선택하고이를 통합해야한다고합니다 예를 들어, 계산 및 판독과 같은 작업은 전자 레인지를 사용하여 수행되므로 마이크로파 신호는 실온에서 냉장고로 전자 레인지 발전기로부터 안내됩니다 실내 온도 섹션으로부터의 열 유입은 열 노이즈가되어 큐 비트의 오작동을 일으키기 때문에, 입력 라인의 희석 냉장고 내부의 각 온도 플레이트에 전자 레인지 감쇠기가 배치되며, 이들은 Cupronickel로 만든 높은 저항 동축 케이블과 연결됩니다 또한, 적외선 필터는베이스 플레이트에 장착되어 고주파 적 적외선 광선을 제거하여 실온에서 열 노이즈를 제거합니다

작동에 영향을 미치는 것은 단지 열이 아닙니다 베이스 플레이트에는 또한 독특하게 설계되고 제조 된 자기 차폐 장치가 포함되어 있습니다 섬세한 디자인 인 Inomata는 "자성 큐 비트는 자기 노이즈에 노출 될 때 오작동 할 수있다 자기 차폐는 지구의 자기장으로부터 큐 비트를 보호하기위한 필수 장치"라고 말했다

초전도 큐 비트의 신호는 매우 약하기 때문에 전기 손실을 최소화하기 위해 Niobium 기반의 초전도 동축 케이블이 출력 라인에 사용됩니다 또한, 상기로부터의 세 번째 원형 플레이트는 4K의 온도를 유지하는 동시에 반도체 증폭기를 사용하여 초전도 큐 비트로부터 약한 신호를 증폭시켜 실온 필드로 나올 때에도 신호가 열 노이즈에 묻히는 것을 방지합니다 희석 냉장고에는 이러한 독특한 기술과 노하우가 포함되어 있으며 측정을 위해 설정됩니다

세계에서 가장 높은 성능을 가진 전자 레인지 공진기를 개발했습니다

Inomata와 그의 친구들은 단순히 평가 플랫폼을 개발하는 것이 아닙니다 또한 초전도 큐 비트의 상태가 작업의 결과로 "0"또는 "1"인지 여부를 읽는 데 사용되는 전자 레인지 공진기라는 장치를 개발하고 있습니다 희석 된 냉장고베이스 플레이트의 온도 환경에서,이 공진기로 안내 된 전자 레인지는 라이브 바카라화되어 "광자"로 생각할 수 있습니다 공진기 및 초전도 큐 비트의 광자는 강하게 상호 작용하고, 공진기의 광자의 진폭과 위상은 초전도 큐 비트의 상태가 "0"및 "1"일 때 초전도 큐 비트의 상태에서 상이합니다

"전자 레인지 공진기의 성능은 내부 Q 값으로 표현됩니다이 값이 높을수록 마이크로파 공진기의 에너지 손실이 낮아지고 성능이 높아집니다 하나의 광자가 마이크로 슨기에있을 때의 Q 값은 이전에 약 50 만 명 정도 였지만 3 ~ 4 백만의 순서로 개선되었습니다 2 차원에서 일본에서 가장 높은 수준입니다 Photon Energy의 Hertz이지만 이것은 전 세계의 다른 연구팀에 비해 뛰어난 결과이며, 우리 팀은 세계에서 가장 높은 성능 기술을 보유하고 있습니다 "

AIST는 초전도 Qubit 칩을 제조하는 초전도 Quantum Circuit Prototype Facility (QuFAB)라는 깨끗한 실을 설립했으며 전문 기술 직원이 연구를 지원하고 있습니다 Inomata의 팀은 이제 전자 레인지 공진기의 제조 공정을 해결하여 측정을 위해 샘플 포장을 개선하고 최고 성능을 달성하는 데 성공했습니다

QuFAB의 누적 된 기술과 노하우를 사용하여 프로젝트를 개발하는 팀의 다른 예가 있습니다 이 중 하나는 Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier로 알려진 라이브 바카라 한계 증폭기입니다 이 증폭기는베이스 플레이트에 001K의 매우 낮은 온도로 냉각 된베이스 플레이트에 설치되며, 초전도 qubit의 상태로 전달 된 광자를 증폭하여 판독 효율을 높이지만 QuFAB는 수년에 걸쳐 양성 된 초전도 니오브의 통합 기술을 사용하여 증폭기를 제조합니다

Inomata는“AIST의 사명의 일환 으로이 프로젝트를 처음 부터이 라이브 바카라 한계 앰프를 사용하려는 회사 및 대학에 제공하기 위해 프로젝트를 진행하고 있습니다

초전도 큐브의 더 긴 수명을 향해

팀은 또한 라이브 바카라 컴퓨터의 핵심 인 초전도 비트 자체를 개발하기 위해 노력하고 있습니다

"초전도 큐 비트를위한 수명이 개선 된 것은 이제 주요 목표 중 하나입니다 통합이 얼마나 증가하든 수명이 짧으면 쓸모가 없을 것입니다 먼저 이론적으로 예측 된 수명에 도달 할 수있는 큐 비트를 만들고 싶습니다"

여기서 qubit의 수명은 에너지 이완 속도의 지표이며, 큐 비트의 "1"상태가 지속될 수있는 시간을 나타냅니다 현재 라이브 바카라 컴퓨터의 주류 인 초전도 큐 비트는 2 개의 알루미늄 초전도 전극이 산화 알루미늄의 얇은 절연 필름을 통해 연결되는 "Josephson Junction"입니다 일반적으로, 절연 필름이 그들 사이에 끼워질 때 전자는 움직이지 않지만, 초전도성을 담당하는 쿠퍼 쌍은 터널 효과에 의해이 얇은 단열 필름을 통해 움직입니다 이 쿠퍼 쌍의 움직임은 일종의 진동이되어 엄청난 에너지 수준을 만듭니다 이 레벨 중 두 가지 수준에서 가장 낮은 레벨에서 선택되어 큐 비트로 작동하도록 "0"및 "1"을 설정합니다

이러한 초전도 큐 비트의 수명의 이론적 가치는 사용 된 기판 재료의 유전체 손실로부터 수 밀리 초 (10ms = 001)로 추정되지만, 그 값은 세계의 연구 및 개발 그룹에 의해 아직 도달하지 못했습니다

"라이브 바카라 컴퓨터는 큐 비트에서 발생하는 오류를 수정하기 위해"오류 수정 "의 기능이 필요하며 오늘날 라이브 바카라 컴퓨터 개발의 주요 주제가 필요합니다 실제로,이 오류는 대부분 큐 비트 수명 때문입니다 큐 비트 수명이 증가하면 오류가 감소하고 오류 수정이 더 쉬워집니다"

기존 컴퓨터조차도 오류 수정 기능이 있습니다 우주 광선과 같은 주변 노이즈로 인해 작업자가 오류가 발생하지만 라이브 바카라 컴퓨터에서 오류 수정을위한 다양한 방법이 여전히 개발되고 있기 때문입니다 큐 비트 수명이 연장되고 오류가 가능한 한 많이 줄어들면 재생 옵션 수가 증가합니다

"현재 수명을 방해하는 두 가지 주요 요인이 있습니다 하나는 유전 손실 (유전 손실)이며 전기장이 유전체에 적용될 때 손실의 일부가 열 에너지가됩니다 다른 하나는 초전도에 기여하지 않는 전자의 존재입니다"

유전체 손실의 다양한 원인이 있는데, 그 중 하나는 큐 비트를 구성하는 실리콘 기판 및 전극 패드의 표면에 형성된 산화물입니다 또한, 초전도 상태에서, 2 개의 전자는 쿠퍼 쌍을 형성하는데, 이는 전기 저항이 제로 인 공급원이다 그러나 어떤 이유로 든, 큐 비트의 수명을 방해하는 특정 수의 쌍으로 짝을 이루지 않는 "비평 형 준 파파르티클"전자가 있습니다

주요 과제는 초전도 큐 비트의 표면에서 산화물을 제어하는 방법입니다 쿠퍼 쌍을 형성하지 않는 길 잃은 전자는 어디에서 왔으며,이를 제어하는 방법입니다 이 팀은 장기 큐 비트를 실현하기 위해 새로운 재료를 사용하여 초전도 큐브의 연구 및 개발을 시작했으며 제조 공정의 접근 방식 및 설계 접근 방식을 포함하여 문제를 해결하는 다양한 방법을 고려하고 있습니다

예를 들어, 유전체 손실을 일으키는 산화물을 제거 할 때는 제조 공정 및 재료의 양방향 접근법이 있습니다

기존의 절연 필름이 산화 알루미늄으로 만들어 질 때,이 방법은 표면을 산화시켜 비정질 알루미늄 산화물을 초래하는 기판에 알루미늄을 증착하는 것입니다 그러나, 비정질은 많은 결함이 있고 매우 낮은 온도에서 라이브 바카라 2 단계 시스템을 형성하기 때문에, 이들은 큐 비트 및 마이크로파 공진기와 결합되므로 에너지 손실이 발생합니다 따라서 일본 정보 통신 기술 기관과의 공동 연구 프로젝트에서, 초전도 큐 비트는 산화하기 어려운 Niobium Niobium Niobium Niobium을 사용하여 제조되었으며, 단열 필름은 결정 결함이 발생하지 않도록하는 에피 택셜 성장 기술을 사용하여 만들어졌습니다

"우리는 아직 충분한 수명을 달성하지 못했지만, 질화물 초전도 큐 비트는 알루미늄보다 온도가 높고, 길 잃은 전자의 흥분을 억제 할 수 있다고 생각합니다 자료, 그래서 우리는이 방향을 계속 고려하여 계속 연구하고 싶습니다 "

AIST의 라이브 바카라베이스 G-Quat로 라이브 바카라 컴퓨터의 산업화 가속

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Inomata와 다른 사람들이 공동 연구를 수행하려는 기술 분야 중 하나는 마이크로파 전송과 관련이 있습니다 순환기라는 3 개의 말단 구성 요소가 있으며, 전자 레인지와 3 개의 터미널 중 하나를 갖춘 50Ω로 종료 된 분리기는 소음을 제거하고 감소시키기 위해 신호를 반대 방향에서 분리하도록 설계된 구성 요소이며, 현재 일본의 회사는 현재 라이브 바카라 작곡가에 필요한 매우 우호적인 환경에서 작동 할 수있는 구성 요소를 개발할 수 없습니다

"저온 작동 및 소형화에 관심이있는 회사와 함께 이것을 개발하고 싶습니다 또한 마이크로 웨이브 절연기와 같은 아날로그 구성 요소는 마이크로파 파장에 의해 결정되기 때문에 기술과 아이디어가있는 회사와 협력하고 싶습니다"

전문 지식과 날카로운 기술을 갖춘 회사 및 연구 기관과 협력하여, 우리는 공학 측에서 시스템으로서 라이브 바카라 컴퓨터의 성능을 향상시키기 위해 노력하는 반면, 물리학에 더 가깝게 도전하는 물리학 자, 초전도 쿼트의 수명 제한이 어떻게 발생하는지 "를 원하는 물리학 자로 노력합니다 기본 물리학에서 산업화에 이르기까지 Inomata의 눈은 라이브 바카라 컴퓨터를 실현하는 길을 분명히 봅니다