摘要：科学家们表明，一种量子的建筑更适合大众生产，可以与当前在该领域主导的量子位相当地执行。通过一系列数学分析，科学家为简单的量子制造提供了路线图，以实现这些量子计算机构建块的强大而可靠的制造。...
美国能源部（DOE）Brookhaven国家实验室的科学家表明，一种Qubit的建筑更适合大众生产，可以与目前在该领域主导的Qubits相当地执行。通过一系列数学分析，科学家为简单的量子制造提供了路线图，以实现这些量子计算机构建块的强大而可靠的制造。
这项研究是作为量子优势共同设计中心的一部分进行的（C2QA）是Brookhaven Lab领导的DOE国家量子信息科学研究中心，它基于多年的科学合作，重点是改善可扩展量子计算机的量子性能。最近，科学家一直在努力增加时间量子位保留的量子信息，该属性被称为连贯性，与量子交界处的质量密切相关。
他们特别专注于超导量子位，其结构包括两个被绝缘体分开的超导层。该量子的这一部分被称为SIS连接，用于超导体 - 绝缘体 - 驱动器。但是，这种类似三明治的连接的可靠制造并不容易，尤其是在大规模生产量子计算机所需的精确度上。
该报纸的合着者查尔斯·布莱克（Charles Black）说：“制作SIS结合确实是一种艺术。”物理评论兼功能性纳米材料中心主任（CFN），布鲁克黑文实验室的科学用户设施办公室。
CFN的高级科学家兼报纸首席作者Black and Mingzhao Liu已成为C2质量保证自2020年成立以来。尽管他们一直在帮助量子科学家了解量子的材料科学以提高其连贯性，但他们也对这种Qubit构建艺术的可扩展性及其与制造大型量子计算机的不可避免的需求感到好奇。
因此，科学家将注意力转向了量子架构，其超导连接连接由两层由薄的超导电线连接，而不是中间绝缘层。这种建筑被称为收缩交界处，而不是像三明治一样堆积而不是堆积。重要的是，制造收缩连接的过程与半导体制造设施中的标准方法兼容。
布莱克说：“在我们的工作中，我们研究了这种建筑变化的影响。” “我们的目标是了解切换到收缩连接的性能权衡。”
克服增加的流量和线性
当连接两个超导体传输的连接点只有一点点电流时，最普遍的超导量子架构效果最好。尽管SIS三明治中的绝缘子几乎可以防止所有当前的传输，但它足够薄，可以通过称为量子隧穿的机制允许少量。
布莱克说：“尽管制造很棘手，但SIS架构对于当今的超导量子位是理想的选择。” “但是，用收缩代替SIS有点违反直觉，这本质上会导致很多电流。”
通过他们的分析，研究人员表明，可以将跨收缩连接的电流降低到超导量子的适当水平。但是，该方法需要较少传统的超导金属。
Liu解释说：“如果我们使用铝，塔塔勒姆或niobium，收缩线将不切实际。” “其他不进行的超导体也可以让我们在实际维度捏造收缩连接。”
但是，收缩连接的行为与SIS的行为不同。因此，科学家还调查了进行这种建筑变化的后果。
为了正常工作，超导量子位需要一些非线性，这限制了量子仅在两个能级之间运行。超导体自然不会表现出非线 - 引入此关键特性的Qubit结。
超导接收连接本质上比尝试过的SIS连接更为线性，这意味着它们对于量子架构的理想程度较低。但是，科学家发现，可以通过选择超导材料以及连接点的大小和形状的适当设计来调节收缩连接非线性。
Liu解释说：“我们对这项工作感到兴奋，因为它根据设备要求将材料科学家指向特定目标。”例如，科学家们确定，对于当今电子设备的典型特征在5到10之间运行的量表，必须在材料携带电力的能力（由其阻力决定）与交界处的非线性之间进行特定的权衡。
布莱克说：“材料特性的某些组合对于在5吉赫兹（Gigahertz）运行的量子位是不可行的。”但是，借助符合布鲁克黑文科学家概述的标准的材料，具有收缩连接处的量子位可以与带有SIS连接的Qubits相似。
刘和布莱克目前正在与他们的C合作2QA同事探索可以符合新论文中概述的规格的材料。尤其是超导过渡金属硅化剂，已经吸引了他们的注意力，因为这些材料已经在半导体制造中使用。
刘说：“在这项工作中，我们表明有可能减轻狭窄连接的特征。” “因此，现在我们可以开始利用简单的量子制造过程的好处。”
这项工作体现了C2QA的基础共同设计原则，因为Liu和Black探索了一个量子架构，该量子结构可以满足量子计算的需求并与当前的电子制造能力保持一致。
布莱克说：“这些类型的跨学科合作将继续使我们更加接近实现可扩展的量子计算机。” “几乎很难相信人类已经达到了我们今天拥有的量子计算机。我们很高兴能在帮助C中发挥作用2质量保证实现其目标。”
