Kvanttitietokoneisiin lisää kubitteja – tutkijat kehittivät uuden mittaustavan

Aalto-yliopiston tutkijat mittasivat ensimmäisinä maailmassa kubitteja äärimmäisen herkillä lämpöilmaisimilla eli bolometreilla.

Jotta lähitulevaisuuden kvanttitietokoneista saadaan aiempaa tehokkaampia, niihin tarvitaan yhä tarkempia ja suurempia määriä kubitteja. Yksi suurimpia haasteita kvanttitietokoneiden kubittimäärien kasvattamisessa liittyy kubittien sisältämän tiedon lukemiseen tarkasti ja nopeasti.

Perinteisesti näihin mittauksiin on käytetty parametrivahvistimiksi kutsuttuja laitteita. Nämä joutuvat vahvistamaan kubittien lähettämiä erittäin heikkoja jännitesignaaleja, jotta se saa lukeman aikaiseksi. Tämä puolestaan aiheuttaa tietoa alleen peittävää kvanttimelua eli kohinaa. Vahvistimet vaativat myös paljon tilaa.

Aalto-yliopiston Kvanttilaskennan ja -laitteiden tutkimusryhmä (QCD) on jo aiemmin onnistunut rakentamaan maailman tarkimman lämmitysilmiöön perustuvan lämpösäteilyn mittarin, eli bolometrin. Tuoreessa Nature Electronics lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan he puolestaan osoittivat, että bolometrilla voidaan mitata kubitin tilaa siten että yksittäisellä kertalukemallakin saadaan riittävän tarkka mittaustulos.

Toisin kuin vahvistimet, bolometri lukee säteilyä sen perusteella, miten säteilyn lämpöenergia vaikuttaa siihen. Bolometri on myös kooltaan noin sata kertaa pienempi kuin mittauksiin käytettävät vahvistimet, joten se on mittauslaitteena erinomainen vaihtoehto.

Nature Electronics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tutkijat osoittavat, että QCD-tutkimusryhmässä kehitetyt nanobolometrit ovat varteenotettava vaihtoehto perinteisille vahvistimille. Sen perusteella bolometrit antavat riittävän tarkkoja kertalukemia, niissä ei ole kvanttikohinaa, ja ne kuluttavat 10 000 kertaa vähemmän energiaa vahvistimiin verrattuna.