Планарный феррозондовый преобразователь для системы магнитного вакуума квантового компьютера

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-10083

НазваниеПланарный феррозондовый преобразователь для системы магнитного вакуума квантового компьютера

Руководитель Баранов Павел Федорович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-707 - Элементная база квантовых компьютеров и систем связи

Ключевые слова Квантовый компьютер, слабое магнитное поле, феррозондовый преобразователь, планарный датчик магнитного поля, сверхпроводимость.

Код ГРНТИ59.29.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Построение универсального квантового компьютера в виде реального физического прибора является фундаментальной задачей 21 века. Решением задачи построения квантового компьютера, включающего в себя процессор, управление процессором, систему охлаждения, фильтрацию, экранирование и создание магнитного вакуума, защиту от внешних воздействий, разработку программного обеспечения, занимается всего несколько организаций в мире, например, D-Wave Systems Inc., Burnaby, Canada. В частности, в этой фирме разработана система для создания магнитного вакуума, позволяющая минимизировать влияние внешних магнитных полей на работу квантового процессора. В таких системах используют пассивные и активные методы экранирования магнитных полей. Пассивные методы основаны на применении экранов из материалов с высокой магнитной проницаемостью или сверхпроводников. В активных методах магнитное поле компенсируется с помощью системы катушек. Катушки включены в систему с обратной связью, значение магнитного поля измеряется датчиками, расположенными в непосредственной близости от экранируемого объекта. Тепловой шум ограничивает верхнюю рабочую температуру сверхпроводникового квантового процессора на уровне от 50 до 70 мК. Такая температура достигается в рефрижераторах растворения непрерывного цикла, лучшие из них обеспечивают охлаждаемую мощность около 100 мкВт при температуре 50 мК. Таким образом, требования к условиям работы квантового процессора определяют требования к датчикам магнитного поля: должно обеспечиваться измерение абсолютного значения магнитной индукции с точностью не менее 100 пТл в широком диапазоне температур вплоть до 50 мК при тепловыделении менее 100 мкВт. В настоящее время система магнитного вакуума, разработанная в D-Wave Systems Inc., обеспечивает точность около 1 нТл в подобных условиях. В качестве датчика абсолютного магнитного поля при низких температурах используется феррозондовые магнитометры, например, Магнитометр Mag-01 фирмы Bartington Instruments. Mag-01 позволяет измерять одну компоненту магнитной индукции с разрешением не более 1 нТл в диапазоне температур от 300 до 4 К. При этом погрешность измерений может достигать ± 5 нТл, что не удовлетворяет требованиям квантового процессора. Повышение характеристик феррозондовых преобразователей может проводится по трем направлением: оптимизация планарной конструкции для уменьшения массогабаритных размеров и тепловыделения; возбуждение сигналом сложной формы и созданием алгоритма обработки выходного сигнала для увеличения чувствительности и точности измерений; использование новых, более термостабильных магнитных наноматериалов при изготовлении сердечника для минимизации шумов и повышения чувствительности. В результате выполнения проекта предполагается создать планарный феррозондовый преобразователь магнитного поля для работы в широком диапазоне температур c рассеиваемой мощностью менее 100 мкВт, многоканальный контроллер для возбуждения сигналом сложной формы системы преобразователей и считывания сигналов от этой системы и калибровочную систему для калибровки преобразователей магнитного поля в условиях магнитного вакуума при температуре до 50 мК.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Павел Баранов, Виталия Баранова, Андрей Коломейцев, Иван Затонов Drive signal waveform for a fluxgate Journal of Physics: Conference Series, Volume 1065, Issue 5, Номер статьи 052020 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1065/5/052020

2. П.Ф. Баранов, В.Н. Бориков, В.С. Иванова, Бьен Буй Дык, С. Учайкин, Ченг-Яанг Лиу Lock-in amplifier with a high common-mode rejection ratio in the range of 0.02 to 100 kHz ACTA IMEKO, Vol 8, No 1, p.103-110 (год публикации - 2019)
10.21014/acta_imeko.v8i1.672

3. Павел Баранов, Андрей Коломейцев, Иван Затонов Fluxgate sensor modeling IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 516, Номер статьи 012032 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/516/1/012032

4. Иван Затонов, Павел Баранов, Андрей Коломейцев Magnetic field computation and simulation of the coil systems using Comsol software MATEC Web of Conferences Proceedings, Volume 160, Article Number 01006 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201816001006

5. Иван Затонов, Павел Баранов, Андрей Коломейцев The numerical simulation of the shielded Helmholtz coils system magnetic field MATEC Web of Conferences Proceedings, Volume 155, Article Number 01038 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201815501038

6. Андрей Коломейцев, Иван Затонов, Павел Баранов The Fluxgate Magnetometer Simulation in Comsol Multiphysics MATEC Web of Conferences Proceedings, Volume 155, Article Number 01005 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201815501005

7. Вероника Иванова, Ксения Мертинс, Мария Александрова, Павел Баранов Soft skills and Moodle MATEC Web of Conferences Proceedings, Volume 141, Article Number 01056 (год публикации - 2017)
10.1051/matecconf/201714101056

Публикации