Princetonin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet suprajohtavan kubitin, joka säilyttää kvantti-informaation yli millisekunnin ajan. Kyseessä on kaikkien aikojen pisin koherenssiaika laboratoriossa mitattuna ja kolminkertainen parannus aiempaan maailmanennätykseen nähden. Samalla uusi kubitti toimii lähes 15 kertaa paremmin kuin teollisuudessa yleisesti käytetyt ratkaisut.
Kvanttitutkimuksen suurin ongelma on ollut kubittien lyhyt elinikä: tieto ehtii kadota ennen kuin laskenta tuottaa käyttökelpoisia tuloksia. Princetonin Andrew Houck kuvaa nyt saavutettua edistystä seuraavaksi ratkaisevaksi askeleeksi kohti käytännön kvanttitietokoneita. Ryhmä rakensi myös toimivan kvanttisirun osoittaakseen parannuksen olevan toistettavissa käytännössä, ei vain yksittäisen kubitin testirakenteessa.
Uutuuden tekee merkittäväksi se, että se perustuu transmon-arkkitehtuuriin, jota Google ja IBM käyttävät omissa kvanttipiireissään. Tutkijoiden mukaan uusi kubitti olisi mahdollista asentaa suoraan nykyisten prosessorien tilalle. Houck arvioi, että Googlen tämänhetkinen Willow-prosessori toimisi jopa tuhat kertaa paremmin, mikäli sen rakenteessa käytetty metalli ja alusta korvattaisiin Princetonin ratkaisuilla. Mitä suuremmaksi prosessorit kasvavat, sitä suuremmaksi ero kasvaa.
Läpimurto perustuu ennen kaikkea materiaalien vaihtoon. Tutkijat korvasivat transmon-kubiteissa yleisesti käytetyn alumiinin tantaalilla, joka kärsii huomattavasti vähemmän pintavirheistä ja säilyttää energiaa paremmin. Lisäksi perinteinen safiirialusta korvattiin erittäin puhtaalla piikiekolla, joka soveltuu myös volyymituotantoon. Yhdistelmä vähentää energiahäviöitä ja tekee kubiteista huomattavasti helpompia valmistaa tasalaatuisesti.
Tutkimuksessa osoitettiin, että materiaali-innovaatio vaikuttaa eksponentiaalisesti koko kvanttiprosessorin suorituskykyyn. Houckin mukaan tuhannen kubitin kone voisi toimia peräti miljardikertaisesti nykyistä paremmin, mikä ratkaisisi kvanttilaskennan kaksi kovaa ongelmaa: skaalaamisen ja virheenkorjauksen. Kyseessä on suurin yksittäinen parannus transmon-teknologian historiassa yli kymmeneen vuoteen.
Princetonin työ on herättänyt laajaa kiinnostusta myös teollisuudessa. Google Quantum AI:n laitteistotutkimuksen johtaja ja tuore fysiikan nobelisti Michel Devoret kuvaa koherenssin pidentämistä “ideoiden hautausmaaksi”, josta Princetonin ryhmä löysi keinon päästä eteenpäin. Tulokset julkaistiin Nature-lehdessä ja ne osoittavat, että kvanttisirujen pitkä koherenssi on mahdollista saavuttaa suoraviivaisilla materiaali- ja prosessimuutoksilla – ja ennen kaikkea skaalata teolliseen tuotantoon.
