Avanços em Qubits Transmon de Alta Coerência

Qubits supercondutores são ferramentas iradas pra construir computadores quânticos. Eles são a chave pra fazer cálculos complexos bem mais rápido do que as máquinas de hoje. Dentre esses qubits, os Qubits Transmon são super populares porque são fáceis de fazer e funcionam bem. Mas, pra usar eles na prática, a gente precisa melhorar ainda mais o desempenho.

Um dos maiores desafios é que os qubits podem perder energia rápido e também podem perder a capacidade de manter informações precisas. Esses problemas são conhecidos como relaxação de energia e dephasing. Os cientistas estão se esforçando pra achar jeitos de aumentar esses tempos, pra que os qubits possam ter um desempenho melhor e mais confiável.

#Nosso Estudo Sobre Qubits Transmon de Alta Coerência

No nosso estudo recente, focamos em um tipo de qubit transmon que mostrou propriedades bem interessantes. Conseguimos medir tempos de relaxação de energia e tempos de dephasing de eco que superam os recordes anteriores na área. Nossa intenção foi compartilhar nossos métodos, descobertas e Medições pra ajudar outros na comunidade científica a replicar nossos resultados e avançar o campo da computação quântica.

#Contexto Sobre Qubits Transmon

O qubit transmon foi criado em 2007. Ele usa principalmente um dispositivo chamado junção Josephson junto com um capacitor, que ajuda a reduzir a ameaça do ruído de carga. O ruído de carga pode atrapalhar o desempenho do qubit. O que faz o transmon ser tão eficaz é a sua capacidade de permanecer "anharmônico", permitindo operações mais rápidas e precisas.

Antes, muitos qubits supercondutores tinham tempos de coerência curtos, o que limitava seu desempenho. Mas, na última década, os pesquisadores fizeram melhorias contínuas. Os qubits transmon atuais mostraram tempos de relaxação de energia próximos a 500 microssegundos e tempos de dephasing de eco de até 400 microssegundos. Outros tipos de qubits supercondutores têm até tempos de relaxação de energia mais longos, mas geralmente comprometem os tempos de dephasing ou as frequências de operação.

#Nossos Resultados

Nesse estudo, medimos um novo qubit transmon de alta coerência. Esse qubit mostrou uma mediana de tempo de relaxação de energia de várias centenas de microssegundos e tempos de dephasing de eco que superaram os valores relatados anteriormente. Fornecemos uma lista bem detalhada do nosso design, processo de fabricação e configuração de medição, facilitando pra outros usarem nossas técnicas.

Os detalhes da amostra que testamos incluíram quatro qubits transmon que estavam acoplados a ressonadores de guia de onda pra ler seus estados. Dois desses qubits podem mudar sua frequência usando um dispositivo chamado SQUID, enquanto os outros dois têm frequências fixas. Essa flexibilidade permite medições e operações mais complexas.

#Processo de Fabricação da Amostra

Criar a amostra envolveu várias etapas complicadas. Começamos com uma pastilha de silício que serviu de base. O processo incluiu:

1. Limpeza da pastilha: A pastilha passou por uma limpeza cuidadosa pra evitar qualquer contaminação.
2. Sputtering: Um filme de nióbio foi depositado na pastilha, o que é essencial pras propriedades supercondutoras.
3. Aplicação de fotoresiste: Uma camada protetora foi adicionada pra guiar a gravação posterior.
4. Processo de gravação: Nós definimos padrões no filme de nióbio que criariam as estruturas do qubit.
5. Litografia: Usamos litografia por feixe de elétrons pra criar padrões precisos pras junções Josephson, que são componentes críticos pros qubits.
6. Deposição da junção Josephson: O alumínio foi depositado pra formar as junções que conectam o qubit ao seu ambiente.
7. Corte e remoção: Cortamos as amostras em chips individuais e removemos as camadas protetoras.

Esse método de fabricação meticuloso garante que os qubits sejam construídos de maneira precisa e consistente.

#Configuração de Medição

Pra avaliar como os qubits estavam se saindo, montamos um sistema de medição especial. Isso incluiu:

• Um ambiente blindado pra minimizar interferências de campos magnéticos externos.
• Resfriar as amostras a temperaturas muito baixas (cerca de 10 mK) pra permitir a supercondutividade.
• Gerar sinais pra controlar os qubits e ler suas saídas diretamente, sem adicionar ruído extra.
• Usar técnicas de amplificação pra obter sinais mais claros dos qubits.

Gerenciando esses passos com cuidado, garantimos que nossas medições fossem o mais precisas possível.

#Resultados das Medições

Durante nossos testes, conseguimos medir as propriedades básicas dos qubits. As frequências dos qubits variaram, mostrando que os de frequência fixa operavam em valores estáveis, enquanto os ajustáveis podiam mudar com fatores externos.

Na nossa primeira rodada de medições, um dos qubits de frequência fixa mostrou tempos de relaxação de energia e de dephasing de eco impressionantemente longos. Isso demonstrou sua capacidade de manter seu estado por mais tempo do que os modelos anteriores.

Em um teste de acompanhamento, focamos mais em um dos qubits pra coletar dados adicionais. Achamos algumas mudanças em comparação com medições anteriores, que achamos que podem ser devido a fatores externos como mudanças ambientais ou oxidação da superfície. Apesar disso, ainda observamos um desempenho que estava entre os melhores pros qubits transmon.

#Implicações para Pesquisas Futuras

Nossos achados representam um passo significativo em direção à melhoria dos qubits supercondutores. Ao conseguirmos tempos de relaxação de energia e de dephasing mais longos, podemos nos aproximar de usar esses qubits em computadores quânticos reais. A aplicação prática das nossas técnicas pode ir além só dos qubits transmon, beneficiando possivelmente outros sistemas também.

Nossa pesquisa destaca a importância da comunicação clara na comunidade científica. Ao compartilhar nossos métodos e resultados, esperamos inspirar outros a se basearem no que fizemos, acelerando a inovação na computação quântica.

#Conclusão

Resumindo, mostramos que é possível criar qubits transmon de alta coerência com tempos de relaxação de energia e de dephasing que estabelecem novos recordes. Nossos métodos de fabricação e medição desses qubits são projetados pra serem reproduzíveis, permitindo que outros sigam nossos passos.

À medida que o campo da computação quântica avança, é crucial continuar melhorando o desempenho dos qubits. Este estudo contribui com informações valiosas que podem ajudar a impulsionar mais avanços nessa área empolgante da tecnologia. Com esforço e colaboração, podemos continuar avançando em direção à realização de computadores quânticos práticos que podem resolver problemas do mundo real de um jeito que os computadores tradicionais não conseguem.