خواص کوانتومی کیوبیت ‌های ابررسانا ممکن است از طریق پوشش دادن آن‌ها با یک فلز نجیب مانند طلا بهبود یابد.

کیوبیت‌های ابررسانا یکی از گزینه‌های اصلی برای کامپیوترهای کوانتومی هستند. اما مانند هر فناوری دیگری، جای بهبود وجود دارد. یکی از مسائل، مربوط به مواد مورد استفاده است: ممکن است بر روی سطح کیوبیت یک لایه اکسید شکل بگیرد که می‌تواند عمر حالت‌های کیوبیت را کاهش دهد—معیاری از اینکه اطلاعات کوانتومی چقدر می‌تواند ذخیره شود.

اکنون ناتالی د لئون Nathalie de Leon و همکارانش از دانشگاه پرینستون نشان داده اند که می‌توانند با پوشش دادن یک کیوبیت با لایه ای نازک از فلز نجیب [1]، تشکیل چنین لایه‌ای را حذف کنند. هنوز هیچ بهبودی در عمر کیوبیت‌های آن‌ها مشاهده نشده است، اما د لئون انتظار دارد که چنین بهبودی با کپسوله‌سازی (Encapsulation) کامل کیوبیت‌ها حاصل شود.

کیوبیت‌هایی که د لئون و تیمش مطالعه کردند از مدارهای ابررسانای تانتالم ساخته شده‌اند، یک فلز واسطه که در کامپیوترهای کوانتومی ابررسانای پیشرفته استفاده می‌شود. گروه قبلاً نشان داده بود که اکسید آمورفی که بر روی سطح کیوبیت شکل می‌گیرد می‌تواند طول عمر حالت‌های کیوبیت را کاهش دهد.

برای جلوگیری از شکل‌گیری اکسید، گروه تحقیق بین ۳ تا ۲۶ نانومتر طلا یا پالادیوم طلا را بر روی لایه‌هایی از تانتالیوم به ضخامت ۲۰۰ نانومتر لایه نشانی کرد. در تمام موارد، محققان دریافتند که لایه‌های فلزی به اندازه‌ای ضخیم بودند که تشکیل لایه اکسید را مهار کنند اما به اندازه‌ای نازک بودند که خواص ابررسانایی تانتالیوم تقریباً بدون تغییر باقی بماند. پس از نشاندن لایه ها، گروه با استفاده از تکنیک حکاکی کاهشی (subtractive-etching) کیوبیت‌ها را بر روی یک ساختار چند لایه مهندسی کرد که دیواره‌های تانتال را که می‌توانستند اکسید شوند، نمایان می‌کرد. در نتیجه، طول عمر کیوبیت‌ها بدون تغییر باقی ماند. محققان اکنون برنامه دارند یک روش ساخت توسعه دهند که کیوبیت‌ها را به طور کامل در یک ماده مقاوم در برابر اکسید محصور نگه می‌دارد، که به گفته د لئون باید منجر به افزایش طول عمر شود.

1. R. D. Chang et al., “Eliminating surface oxides of superconducting circuits with noble metal encapsulation,” Phys. Rev. Lett. 134, 097001 (2025).

منبع:

Encapsulation with Noble Metal Improves Superconducting Qubit Performance

ترجمه خبر: شهره کرمی