莫斯科國立科技大學(xué)(NUSTMISIS)、俄羅斯量子中心(RQC)、以及德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊，已經(jīng)在量子優(yōu)勢研究方面取得了重大的進(jìn)展。由發(fā)表在《npj量子信息》期刊上的研究論文可知，其打造的一款量子傳感器，為量子比特中兩檔能級缺陷的測量和操縱鋪平了道路。

SCITechDaily指出，在量子計算中，信息以量子計算進(jìn)行編碼。在經(jīng)典的量子力學(xué)模擬實驗中，量子比特有著相干的兩級系統(tǒng)。

當(dāng)前最主要的量子比特模式，是基于約瑟夫森結(jié)(Josephsonjunction)的超導(dǎo)量子比特，正如我們在IBM和谷歌的量子處理器上所見到的那種量子比特。

與此同時，科學(xué)家們?nèi)晕捶艞墝ふ也皇芷洵h(huán)境影響、支持精確測量和控制、更加完美的量子比特。

超導(dǎo)量子比特的關(guān)鍵，在于納米級的超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體約瑟夫森結(jié)。作為一種隧道結(jié)，它由兩片超導(dǎo)金屬制成，并由非常薄的絕緣層(常見為氧化鋁)隔開。

然而現(xiàn)代技術(shù)不允許以100%的精度來構(gòu)建量子比特，結(jié)果導(dǎo)致了所謂的隧穿兩級缺陷。這限制了超導(dǎo)量子器件的性能，并且會引起計算錯誤。

確切的說法是，缺陷會導(dǎo)致量子比特的壽命極短或退相干。而氧化鋁和超導(dǎo)體表面的隧穿缺陷，就是超導(dǎo)量子比特中波動和能力損耗的重要來源，最終限制了計算機(jī)的運行時間。

研究人員指出，發(fā)生的材料缺陷越多，對量子比特的性能掣肘就越大，進(jìn)而引發(fā)更多的計算錯誤。

好消息是，得益于新開發(fā)的量子傳感器，其能夠?qū)α孔酉到y(tǒng)中的各個二級缺陷展開測量和操作。

研究合著者，NUSTMISIS超導(dǎo)超材料實驗室負(fù)責(zé)人、俄羅斯量子中心研究組負(fù)責(zé)人AlexeyUstinov教授表示：“傳感器本身就屬于超導(dǎo)量子比特，能夠?qū)蝹€缺陷進(jìn)行檢測和處理”。

盡管此前也有研究材料結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)技術(shù)，例如小角度X射線散射(SAXS)，但其缺點是不夠靈敏、難以發(fā)現(xiàn)微小的單個缺陷，因而基于傳統(tǒng)技術(shù)的方案無助于構(gòu)建好的量子比特。

展望未來，研究人員希望這項技術(shù)能夠為量子材料的隧道缺陷結(jié)構(gòu)、以及低損耗電介質(zhì)的光譜學(xué)研究開辟新的途徑。因為超導(dǎo)量子計算機(jī)的發(fā)展，迫切需要這種低損耗的電介質(zhì)。