Tunnel Junction Characterization and Optimization for Quantum Computing Applications

量子计算应用的隧道结表征和优化

基本信息

  • 批准号:
    543854-2019
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum computing promises to revolutionize the modern information age. One of the most advanced quantum computing platforms uses superconducting qubits. Compared with other quantum computing technologies utilizing fundamental particles such as trapped ions and photons, superconducting qubits are implemented with the long range many-body wavefunction in a macroscopic electromagnetic circuit. This allows superconducting qubits to be engineered to realize a multitude of desirable properties such as tunable coupling between qubits, control electronics, and the environmental bath. Much like the transistor for conventional logical circuits, the core component of superconducting qubits is the Josephson junction. These devices are realized using a thin oxide barrier between two superconducting electrodes. The noise and dissipation in the circuit is exponentially sensitive to defects in this barrier. For example, single atomic defects within or in the vicinity of the oxide barrier can fluctuate in position causing a low frequency noise (1/f noise) in the tunneling rate. Another fault is the existence of very small breaks in the insulator barrier, commonly known as "pin holes", that can cause a small current leakage from one superconducting lead to the other. In this project, working with D-Wave Systems, a leading quantum computing technology company based in Canada, we plan to develop several key characterization tools for assessing sub-micron Josephson junctions at a 50 mK operating temperature (below a tenth of a degree above absolute zero). These tools will then be used to optimize the Josephson junction fabrication process, focusing on minimizing 1/f noise, rf losses, and leakage currents. The improvements in junction quality will then be assessed by measuring D-Wave superconducting qubits where we ultimately expect to see significant gains in performance.
量子计算有望彻底改变现代信息时代。 最先进的量子计算平台之一使用超导量子位。 与利用捕获离子和光子等基本粒子的其他量子计算技术相比,超导量子位是通过宏观电磁电路中的长程多体波函数来实现的。 这使得超导量子位能够被设计成实现多种所需的特性,例如量子位、控制电子设备和环境浴之间的可调耦合。与传统逻辑电路的晶体管非常相似,超导量子位的核心组件是约瑟夫森结。 这些器件是利用两个超导电极之间的薄氧化物屏障来实现的。 电路中的噪声和耗散对该势垒中的缺陷呈指数敏感。例如,氧化物势垒内或附近的单原子缺陷的位置可能波动,导致隧道速率中出现低频噪声(1/f 噪声)。另一个故障是绝缘体势垒中存在非常小的断裂,通常称为“针孔”,这可能导致从一根超导引线到另一根超导引线的小电流泄漏。在这个项目中,我们与加拿大领先的量子计算技术公司 D-Wave Systems 合作,计划开发几种关键的表征工具,用于在 50 mK 工作温度(低于十分之一度)下评估亚微米约瑟夫森结。绝对为零)。 然后,这些工具将用于优化约瑟夫森结制造工艺,重点是最大限度地减少 1/f 噪声、射频损耗和漏电流。 然后,将通过测量 D-Wave 超导量子位来评估结质量的改进,我们最终预计会看到性能的显着提升。

项目成果

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