De volgende generatie computers en informatieverwerking ligt in de intrigerende wereld van de kwantummechanica. Van kwantumcomputers wordt verwacht dat ze in staat zijn om grote, uiterst complexe problemen die de capaciteit van de krachtigste supercomputers van vandaag te boven gaan.

Er zijn nieuwe onderzoekstools nodig om het veld vooruit te helpen en kwantumcomputers volledig te ontwikkelen. Nu hebben onderzoekers van de Northwestern University een theoretisch hulpmiddel ontwikkeld en getest voor het analyseren van grote supergeleidende circuits. Deze circuits gebruiken supergeleidende kwantumbits, of qubits, de kleinste eenheden van een kwantumcomputer, informatie op te slaan.

De grootte van het circuit is belangrijk omdat bescherming tegen schadelijke ruis vaak ten koste gaat van de complexiteit van het circuit. Momenteel zijn er weinig tools die het modelleren van grote circuits aanpakken, waardoor de Northwestern-methode een belangrijke bijdrage levert aan de onderzoeksgemeenschap.

"Ons raamwerk is geïnspireerd op methoden die oorspronkelijk zijn ontwikkeld voor de studie van elektronen in kristallen en stelt ons in staat kwantitatieve voorspellingen te verkrijgen voor circuits die voorheen moeilijk of onmogelijk toegankelijk waren, " zei Daniël Weiss, corresponderende en eerste auteur van het artikel. Hij is een vierdejaars afstudeerstudent in de onderzoeksgroep van Jens Koch, een expert in supergeleidende qubits.

Koch, een universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences, is lid van het Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS) en het Co-design Center for Quantum Advantage (C ² QA). Beide nationale centra zijn vorig jaar opgericht door het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE). SQMS is gericht op het bouwen en inzetten van een meer dan state-of-the-art kwantumcomputer op basis van supergeleidende technologieën. C ² QA bouwt de fundamentele tools die nodig zijn om schaalbare, gedistribueerde en fouttolerante kwantumcomputersystemen.

"We zijn verheugd om bij te dragen aan de missies die door deze twee DOE-centra worden nagestreefd en om toe te voegen aan de zichtbaarheid van Northwestern op het gebied van kwantuminformatiewetenschap, ' zei Koch.

In hun studie hebben de Noordwest-onderzoekers illustreren het gebruik van hun theoretische tool door uit een beveiligd circuit kwantitatieve informatie te halen die met standaardtechnieken niet te verkrijgen was.

Details zijn vandaag (13 september) gepubliceerd in het open access tijdschrift Fysiek beoordelingsonderzoek .

De onderzoekers bestudeerden specifiek beschermde qubits. Deze qubits zijn door hun ontwerp beschermd tegen schadelijke ruis en kunnen coherentietijden opleveren (hoe lang kwantuminformatie wordt bewaard) die veel langer zijn dan de huidige state-of-the-art qubits.

Deze supergeleidende circuits zijn noodzakelijkerwijs groot, en de Northwestern-tool is een middel om het gedrag van deze circuits te kwantificeren. Er zijn enkele bestaande tools die grote supergeleidende circuits kunnen analyseren, maar elk werkt alleen goed als aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan. De Northwestern-methode is complementair en werkt goed wanneer deze andere tools suboptimale resultaten kunnen geven.

De titel van het artikel is "Variationele strakke bindingsmethode voor het simuleren van grote supergeleidende circuits."