Сверхпроводниковые технологии для обработки квантовой информации

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 21-72-30026

НазваниеСверхпроводниковые технологии для обработки квантовой информации

Руководитель Рязанов Валерий Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость

Ключевые слова Обработка квантовой информации, сверхпроводниковая электроника, сверхпроводниковые кубиты, защищенные кубиты, топологическая защита, квантовое считывание, усилители с чувствительность на уровне квантового предела, топологические материалы, квантовые метаматериалы, топологические квантовые вычисления

Код ГРНТИ29.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сверхпроводниковые квантовые биты или, кратко, кубиты в последнее время стали одним из наиболее перспективных кандидатов для применения в качестве базовых элементов квантового компьютера. Выдающийся прогресс, достигнутый в развитии сверхпроводниковых кубитов за последние 20 лет, привел к значительному увеличению времени когерентности в сотни тысяч раз, которое начиналось с нескольких наносекунд и стремительно приближается сегодня к миллисекундному диапазону. Целью настоящего проекта является разработка новых инструментов и методов обработки квантовой информации с использованием сверхпроводниковых схем. Мы исследуем экспериментально и теоретически несколько различных подходов к построению топологически защищенных кубитов с большими временами когерентности путем использования сверхпроводящих тонких пленок с гигантской кинетической индуктивностью. Используя искусственные «кристаллы», построенные из кубитов и имитирующие структуру твердых тел, мы исследуем квантовые фазовые переходы и коллективные квантовые возбуждения в новых материалах и массивах искусственных атомов. Мы изучим возможности записи квантовой информации в схемы, сделанные из топологических материалов, и сравним их с топологическими массивами обычных кубитов. Для повышения точности считывания кубитов будут разработаны сверхпроводящие усилители с чувствительностью на уровне квантового предела для детектирования слабых СВЧ-сигналов, переносимых малым числом микроволновых фотонов. Нашими дальнейшими вызовами в этом направлении будет разработка источников одиночных и запутанных микроволновых фотонов, а также соответствующих детекторов для микроволновых фотонных полей. Настоящий проект состоит из четырех основных направлений исследований, каждое из которых возглавляет либо руководитель проекта (Алексей Устинов), либо один из основных исполнителей (Александр Голубов, Олег Астафьев, Александр Карпов). Часть А. Защищенные кубиты, гибридные и фотонные квантовые схемы (основной исполнитель Олег Астафьев). Одним из ключевых элементов будущего успеха квантовых вычислений является защита квантовой информации и разработка долгоживущих кубитов. Защита квантовой информации является сложной задачей технологически и экспериментально. Для разработки новых подходов к защищенным кубитам мы рассмотрим гибридные схемы, включающие джозефсоновские контакты и гигантские кинетические индуктивности из тонких пленок сильно неупорядоченных материалов. Это новый технологически сложный подход, который требует разработки самых современных технологий изготовления наноструктур. Мы также рассмотрим новые методы кодирования квантовой информации, в частности, будет разработан метод кодирования квантовой информации в фотонах, распространяющихся по линии передачи. Это один из перспективных подходов, альтернативный основному направлению квантовых вычислений со сверхпроводниковыми кубитами. Такой подход предлагает несколько преимуществ, в том числе возможность обработки квантовой информации в последовательной цепи или сети нелинейных элементов, где фотоны будут контролируемо взаимодействовать либо с линейными, либо с нелинейными элементами, включенными в линии передачи. На этом пути мы разработаем широкополосные микроволновые фотонные детекторы с использованием наномостиков из сверхпроводников с малой щелью - важный элемент успешной реализации микроволновой фотоники. Такие детекторы станут очень мощным инструментом для экспериментальной квантовой информатики и имеют ряд преимуществ перед недавно продемонстрированным узкополосным детектором на основе резонаторов, интегрированных с кубитами. Часть В. Топологические материалы и квантовые устройства (основной исполнитель Александр Голубов) В этой части проекта мы будем изучать возможность кодирования квантовой информации в схемах на основе топологических материалов. Основным направлением является исследование технологически привлекательного пути использования топологических объемных свойств дираковских полуметаллов для изучения топологической сверхпроводимости и разработки топологических квантовых компьютеров. Наша группа недавно сделала прорыв в этом направлении в сотрудничестве с коллегами из Нидерландов, в котором для индуцирования сверхпроводимости в дираковском полуметалле Bi1-xSbx использовалась технология изготовления наноразмерных фазочувствительных контактов. В то время как топологические изоляторы характеризуются проводящими поверхностными или краевыми состояниями и непроводящим объемом, характеризуемым полупроводниковой запрещенной зоной, в полуметаллах Дирака и Вейля запрещенная зона отсутствует. Напротив, зонная структура в объеме характеризуется линейной дисперсией во всех трех направлениях движения электрона, для которых реализуется сильная связь между импульсом электрона и его спином (или орбитой). При нарушении симметрии относительно обращения времени или инверсионной симметрии, вырожденный конус Дирака такого полуметалла в обратном пространстве может быть разделен, что приводит к образованию невырожденных конусов Вейля с противоположными хиральностями. Примеры дираковских полуметаллов включают в себя Na3Bi, Cd3As2 и Bi1-xSbx. Интерес к топологическим сверхпроводникам в значительной степени вызван желанием сочетать электронно-дырочную симметрию возбуждений в сверхпроводнике со спиральной природой электронных состояний в топологических материалах, чтобы образовать майорановские нулевые энергетические состояния. Ожидаемая неабелевая статистика, присущая этим нулевым модам, должна обеспечить возможность выполнения топологических квантовых вычислений путем переплетения. Системами, в которых наблюдалось проявление майорановских мод, являются полупроводники со спин-орбитальным взаимодействием Рашбы, ферромагнитные атомные цепочки и топологические изоляторы, в сочетании со сверхпроводниками. Вырождение в конусе Дирака и наличие множества конусов Дирака допускают множество майорановских мод. В этой связи очень важно выяснить, будет ли в дальнейшем целесообразно реализовать множественные конуса с использованием тонкопленочной технологии или незаполненные конуса путем поляризации ям, и можно ли использовать множественные майорановские состояния в квантовых алгоритмах. Технологически, использование топологических объемных свойств полуметалла вместо топологических свойств поверхности сделает разрабатываемые устройства менее чувствительными к неоднородностям и деградации поверхности, вызванной окружающей средой. Часть C. Считывание сигналов кубитов микроволновыми усилителями с чувствительность на уровне квантового предела (основной исполнитель Александр Карпов) Чтобы улучшить чувствительность считывания кубитов, мы разработаем новые сверхпроводящие усилители с чувствительностью близкой к квантовому пределу, подходящие для обнаружения слабых СВЧ-сигналов, переносимых небольшим количеством микроволновых фотонов. Скорость квантовых вычислений критически зависит от точности считывания кубитов и вероятности ошибок. Достигая квантового предела чувствительности СВЧ-усилителей в цепочке считывания кубитов, мы обеспечим самые низкие частоты ошибок. В настоящем проекте мы рассмотрим новое направление создания устройств, основанных не на джозефсоновских переходах, а построенных из тонких пленок сверхпроводника с большой кинетической индуктивностью. Мы рассмотрим проектирование и технологию параметрического усилителя распределенных и сосредоточенных элементов, основанных на нелинейности высокоупорядоченных сверхпроводящих пленок. Существующий подход к усилению СВЧ-сигналов основан на нелинейности Керра в длинных линиях передачи и на искусственно введённой дисперсии, имитирующей оптические усилители. Усиление широкополосного сверхпроводящего усилителя на нелинейности Керра быстро меняется в полосе работы из-за эффектов интермодуляции. Наш подход будет опираться на схемы из сосредоточенных элементов, сконструированные с целью улучшения равномерности усиления в полосе частот усилителя. Для доведения разработки усилителя до уровня, необходимого для практических применений, мы должны усовершенствовать технологию материалов и обеспечивать надежную и масштабируемую технологию производства устройства. Часть D. Кубитные кристаллы и топологические квантовые сети (Алексей Устинов, руководитель проекта) Мы экспериментально исследуем квантовую динамику и когерентность коллективных возбуждений в больших сверхпроводящих схемах. Здесь мы будем использовать схемы с большим количеством кубитов для моделирования физических явлений с преобладанием топологических свойств и сильных взаимодействий. Используя сети кубитов, которые имитируют структуру твердых тел, мы будем исследовать квантовые фазовые переходы и коллективные квантовые возбуждения в искусственных «кристаллах» из сверхпроводниковых кубитов. В частности, мы рассмотрим следующие направления: D1. Эксперименты с цепочками сверхпроводниковых кубитов, эмулирующих фермионы Майораны и их переплетение. Мы хотим проверить теоретическое предсказание того, что состояния нулевой энергии Майораны в решетке из кубитов специальной топологии могут управляться путем отображения фермионной системы на цепь квазиспинов Изинга, представленных кубитами. D2. Используя цепочку емкостным образом связанных трансмонов, мы попробуем обнаружить недавно предсказанные топологические краевые состояния связанных фотонных пар. Эти эксперименты создадут возможность управления квантовой запутанностью в подобных системах и дадут представление о топологических состояниях в квантовой системе многих тел. D3. Мы изучим массив двухконтактных кубитов-флаксониумов, позволяющих магнитным квантам потока туннелировать между соседними ячейками. Эта система сопоставима с широким классом одномерных моделей с сильной связью и предоставляет возможность для квантового моделирования топологических эффектов с нелокально связанными состояниями на краях. Мы хотим проверить предположение о том, что эта пара локализованных краевых состояний может быть использована в качестве кубита, слабо связанного с источниками декогеренции.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Москаленко И.Н., Беседин И.С., Симаков И.А., Устинов А.В. Tunable coupling scheme for implementing two-qubit gates on fluxonium qubits Applied Physics Letters, 119, 194001 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0064800

2. Головчанский И.А., Абрамов Н.Н., Столяров В.С., Голубов А.А., Куприянов М.Ю., Рязанов В.В., Устинов А.В. Approaching deep-strong on-chip photon-to-magnon coupling Physical Review Applied, 16, 034029 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevApplied.16.034029

3. Я.Д. Брем, П. Пеппер, А.Д. Мирлин, А. Шнирман, А. Штели, Х. Ротзингер, А.В. Устинов Tunable Anderson localization of dark states Physical Review B, том 104, выпуск 171, номер статьи 174202 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.104.174202

4. Погосов В.В., Дмитриев А.Ю., Астафьев О.В. Effects of photon statistics in wave mixing on a single qubit Physical Review A, 104 (2), 023703 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevA.104.023703

5. Ховшанисян Р.А., Гребенчук С.Ю., Баранов Д.С., Родичев Д., Столяров В.С. Lateral Josephson junctions as sensors for magnetic microscopy at nanoscale Journal of Physical Chemistry Letters, 12, 51, 12196−12201 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c03556

Публикации

1. Москаленко И.Н., Симаков И.А., Абрамов Н.Н., Григорьев А.А., Москалев Д.О., Пищимова А.А., Смирнов Н.С., Зикий Е.В., Родионов И.А., Беседин И.С. High fidelity two-qubit gates on fluxoniums using a tunable coupler npj Quantum Information, Том 8, номер 130 (год публикации - 2022)
10.1038/s41534-022-00644-x

2. Симаков И.А., Беседин И.С., Устинов А.В. Simulation of the five-qubit quantum error correction code on superconducting qubits Physical Review A, Том 105, выпуск 3, номер 032409 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.105.032409

3. Головчанский И.А., Мальцев Е.И., Щетинин И.В., Власенко В.А., Джумаев П.С., Перваков К.С., Емельянова О.В., Цветков А.Ю., Абрамов Н.Н., Пудалов В.М., Столяров В.С. Magnetic resonances in EuSn2As2 single crystal Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Том 562, выпуск 15, номер 169713 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jmmm.2022.169713

4. Гребенко А.К., Красников Д.В., Бубис А.В., Столяров В.С., Вялих Д.В., Макарова А.А., Федоров А., Айткулова А., Алексеева А.А., Гильштейн Е. и др. High-Quality Graphene Using Boudouard Reaction Advanced Science, Том 9, выпуск 12, номер 2200217 (год публикации - 2022)
10.1002/advs.202200217

5. Билмс А., Волошенюк С., Устинов А.В., Лизенфельд Ю. Probing defect densities at the edges and inside Josephson junctions of superconducting qubits npj Quantum Information, Том 8, номер 24 (год публикации - 2022)
10.1038/s41534-022-00532-4

6. Дорогов А.Е., Федоров Г.П., Калачева Д.А., Дмитриев А.Ю., Болгар А.Н., Абрамов Н.Н., Астафьев О.В. Application of a broadband Josephson parametric amplifier St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics, Том 15, номер 3.2 (год публикации - 2022)
10.18721/JPM.153.265

7. Гребенчук С.Ю., Ованнисян Р.А., Шишкин А.Г., Дремов В.В., Столяров В.С. Magnetic Force Microscopy for Diagnosis of Complex Superconducting Circuits Physical Review Applied, Том 18, выпуск 5, номер 054035 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevApplied.18.054035

8. Мажорин Г.С., Москаленко И.Н., Беседин И.С., Шапиро Д.С., Ремизов С.В., Погосов В.В., Москалев Д.О., Пищимова А.А., Доброносова А.А., Родионов И.А., Устинов А.В. Cavity-QED simulation of a quantum metamaterial with tunable disorder Physical Review A, Том 105, Выпуск 3, Номер 033519 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.105.033519

9. Климовских И.И., Эстюнин Д.А., Макарова Т.П., Терещенко О.Е., Кох К.А., Шикин А.М. Electronic Structure of Pb Adsorbed Surfaces of Intrinsic Magnetic Topological Insulators Journal of Physical Chemistry Letters, Том 13, выпуск 29, страницы 6628–6634 (год публикации - 2022)
10.1021/acs.jpclett.2c01245

Публикации

1. Шеина В., Ланг Г., Столяров В., Марченков В., Наумов С., Перевалова А., Жирар Ж.-К.,. Родари Дж, Дэвид К.,Соп Л. Р.,Пьеруччи Д., Уэрги А., Кантен Ж.-Л., Леридон Б., Горбани-Асл М., Крашенинников А. В., Обен Х. Hydrogenic spin-valley states of the bromine donor in 2H-MoTe2 Communications Physics, 6, 135 (2023) (год публикации - 2023)
10.1038/s42005-023-01244-7

2. А.А. Соколова, Д.А. Калачева, Г.П. Федоров, О.В. Астафьев Overcoming photon blockade in a circuit-QED single-atom maser with engineered metastability and strong coupling Physical Review A, 107, L031701 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.107.L031701

3. Г.С. Мажорин, А.С. Казьмина, Т.А. Чудакова, И.А. Симаков, Н.А. Малеева, И.Н. Москаленко, и В.В. Рязанов Масштабируемый квантовый процессор на сверхпроводниковых кубитах-флаксониумах Radiophysics and Quantum Electronics / Известия вузов. Радиофизика, Т. 66, № 11. C. 986–1001 (год публикации - 2023)
10.52452/00213462_2023_66_11_986

4. П.А. Гладилович, А.В. Саблук, П.С. Бурцев, Р. Мигдисов, Н. Малеева, С.В. Шитов Coplanar waveguide ground potentials imbalance as a source of useful signal in Near-Field Scanning Microwave Microscopy AIP Advances, 14, 015107 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0180855

5. А. В. Красавин, А. В. Вагов, А. С. Васенко, В. А. Столяров, А. А. Шаненко Подавление сверхпроводящих флуктуаций в многозонных сверхпроводниках как механизм повышения критической температуры Письма в ЖЭТФ / JETP Letters, том 119, вып. 3, с. 234 – 252 (год публикации - 2023)
10.31857/S1234567824030121

6. А. Толстобров, Г. Федоров, Ш. Сандуляну, Ш. Кадырметов, А. Васенин, А. Болгар, Д. Калачева, В. Лубсанов, А. Дорогов, Ю. Зотова, П. Шлыков, А. Дмитриев, К. Тихонов, О.В. Астафьев Hybrid quantum learning with data re-uploading on a small-scale superconducting quantum simulator Physical Review A, 109, 012411 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.109.012411

7. Толстобров А.Е., Кадырметов Ш.В., Федоров Г.П., Сандуляну Ш.В., Лубсанов В.Б., Калачева Д.А., Болгар А.Н., Дмитриев А.Ю., Коростылев Е.В., Тихонов К.С., Астафьев О.В. Интегральные схемы для квантового машинного обучения на основе сверхпроводниковых искусственных атомов и управление ими Radiophysics and Quantum Electronics / Известия вузов. Радиофизика, Т. 66, № 11. C. 1002–1026 (год публикации - 2023)
10.52452/00213462_2023_66_11_1002

8. И.С. Беседин, И.Е. Пологов, Л.В. Филиппенко, В.П., Кошелец, А.В. Карпов Невырожденный параметрический усилитель СВЧ на контактах Джозефсона Nb/AlOx/Nb с квантовым уровнем шумов для обработки квантовой информации Instruments and Experimental Techniques / Приборы и техника эксперимента, Выпуск 5 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
А. Защищенные кубиты, гибридные и фотонные квантовые схемы. Разработан, изготовлен и исследован кубит на кинетической индуктивности с перестройкой частоты. Кубит представлял собой СКВИД постоянного тока (сверхпроводниковое кольцо с двумя Джозефсоновскими контактами), где Al/AlOx/Al контакты разделены общей кинетической индуктивностью и шунтированы большой емкостью. Кубит емкостно связан с копланарным резонатором, что позволяло манипулировать его состояниями с помощью внешних микроволновых сигналов. Частоты кубита и резонатора, а также энергия связи между ними были получены из результатов спектроскопии. С помощью стандартных импульсных измерений определены времена когерентности кубита, которые составили T1 = 19,18 ±0,78 мкс, T2 = 6,59 ± 0,30 мкс, T2Е = 12,73 ± 1,02 мкс. Дизайн источника одиночных фотонов реализован как кубит, связанный с двумя копланарными сверхпроводниковыми волноводами, который возбуждается с помощью π-импульса, поданного по одной из линий. Релаксация кубита происходит во вторую линию, которая сильнее связана с кубитом, чем первая. Этот эксперимент был реализован. Однофотонность сигнала подтверждалась при помощи измерения корреляционной функции второго порядка. Достоверность излучения оценивалась по вероятности испускания сигнала во время импульса накачки. Для реализации детекторов одиночных фотонов была разработана технология изготовления сверхпроводниковых наномостиков из плёнки титан-платина. Проводимость наномостика из такого материала заметно меняется при его взаимодействии с внешним сигналом. Представлены результаты измерений плёнок на постоянном токе и определено значение критического тока. Критическая температура была измерена для оценки сверхпроводящей щели и частотного диапазона детектируемых фотонов. В заключении был проведен эксперимент по исследованию отклика структуры из титан-платины на микроволновое излучение. B. Топологические материалы и квантовые устройства. Проведена туннельная спектроскопия свежесколотой поверхности магнитных топологических изоляторов состава MnBi2Te4. Продемонстрирована интерференционная карта проводимости для разных энергетических срезов. Определено наличие донорных и акцепторных дефектов, сильно проявляющих себя при больших энергиях. Проведена серия исследований асимметричных СКВИДов, состоящих из S/N/S перехода, где в качестве N элемента выступает эксфолиированный монокристалл Bi2Te2Se, и сверхпроводящего наномостика, изготовленного из тонкой пленки ниобия. V(I) характеристики продемонстрировали ожидаемый эффект сверхпроводящего диода. Одним из его проявлений стала асимметрия критических токов. Развита количественная теория статистики переноса заряда в системе топологический сверхпроводник- нормальный металл. Учтены вклады дробового и теплового шумаов на дифференциальный фактор Фано. Особенностью данного режима является перенос заряда через поверхностные андреевские связанные состояния. Исследование показало, что измерения шумов в различных типах контактов являются ценным инструментом для идентификации симметрии сверхпроводящего спаривания в топологических сверхпроводниках. С. Считывание сигналов кубитов микроволновыми усилителями с чувствительность на уровне квантового предела. Сверхпроводящие усилители бегущей волны представляют интерес для считывания сигналов с криогенных источников сигналов с частотным разделением каналов. Нами разработаны сверхпроводящие параметрические усилители бегущей волны на кинетической индуктивности из тонких пленок гранулированного алюминия и нитрида ниобия диапазона 4-10 ГГц. Для изготовления схем усилителей бегущей волны была отработана методика магнетронного напыления слоев гранулированного алюминия и отработана методика взрывной литографии Lift-off. Измерение уровня добавленного шума усилителя бегущей волны по калибровочным источникам теплового шума подключаемым на его вход может быть затруднено из-за неоднозначности вклада зеркального и других возможных каналов преобразования. Для исключения неопределенности, была отработана методика измерения шумов усилителя по калибровочным источникам шума, включаемым в усилительную цепочку после сверхпроводящего предусилителя. При экспериментальной проверке, на частотах 8-9 ГГц достигнут уровень добавленного шума 0,24-0,39 К (1,2 – 1,9TQ), близкий к теоретическому минимуму для невырожденных усилителей. D. Кубитные кристаллы и топологические квантовые сети. Рассмотрена зависимость частоты Раби от амплитуды сигнала и ангармонизма для многоуровневых кубитов. Для слабых около-резонансных сигналов было получено аналитическое выражение для частоты Раби в приближении вращающейся волны, показавшее, что коэффициент пропорциональности между квадратом частоты Раби и квадратом амплитуды линейно зависит от отстройки сигнала. Численное моделирование позволило выявить изменения наклона зависимости частоты Раби от амплитуды сигнала. Результаты численных расчетов для кубитов флаксониумов и трансмонов с учетом 7 уровней подтвердили, что учет дополнительных уровней изменяет величину наклона зависимости, но не ее общий характер. Исследовано взаимодействие кубита с около-резонансным слабым сигналом на примере одиночного флаксониума и системы из трех емкостно связанных флаксониумов. Измерена зависимость частоты кубита от внешнего магнитного потока, а также осцилляции Раби при различных магнитных потоках. Показано, что наклон зависимости квадрата частоты Раби от квадрата амплитуды сигнала зависит от отстройки сигнала и ангармонизма, что объясняется сдвигом Штарка. Для трехкубитного образца исследовано влияние вычислительных состояний двух кубитов на частоту Раби связанного с ними третьего кубита (связующего). Результаты показали, что наклон зависимости частоты Раби связующего кубита зависит от состояний остальных кубитов, что также объясняется сдвигом Штарка. Полученные результаты могут быть использованы для разработки квантовых процессоров, в которых запутывание кубитов осуществляется через возбуждение соединительного элемента. Исследована квантовая схема циклического кода коррекции ошибок, особенностью которой являются перемещающиеся вспомогательные кубиты. Проведено сравнение требований к физическим ресурсам для циклического, поверхностного и цветного кодов. Установлено, что циклический код требует меньшее количество физических кубитов и двухкубитных операций, что делает его перспективным для устройств с ограниченными ресурсами. В клиффордовском приближении выполнено численное исследование циклического кода. Результаты подтвердили его способность защищать от ошибок в пределах заявленной дистанции. На малых дистанциях циклический код продемонстрировал эффективность, сопоставимую с поверхностным кодом.

Публикации

1. М. В. Жданова, И. Е. Пологов, В. И. Чичков, Н. А. Малеева Разработка параметрического усилителя бегущей волны с использованием пленок гранулированного алюминия Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVIII Международного симпозиума., Том 1, стр. 47-48 (год публикации - 2024)

2. Ю.И. Зотова, Ш.В. Сандуляну, Г.П. Федоров, А.В. Семенов, Р. Ван, Д.Ш. Цай, О.В. Астафьев Компактные микроволновые устройства для сверхпроводниковых кубитов Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVIII Международного симпозиума., Том 2, страницы 991-992 (год публикации - 2024)

3. Зотова Ю.И., Сандуляну Ш.В., Федоров Г.П., Ванг Р., Цай Д.Ш., Астафьев О.В. Control and readout of a transmon using a compact superconducting resonator Applied Physics Letters, Том 124, номер 10, 102601 (год публикации - 2024)
10.1063/5.0194276

4. Зотова Ю.И., Семенов А.В., Ван Р., Чжоу Ю., Астафьев О.В., Цай Д.-Ш. Tunable compact on-chip superconducting switch Physical Review Applied, Том 21, номер 2, 024059 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevApplied.21.024059

5. Жданова М.В., Пологов И.Е., Святский Г.Ю., Чичков В.И., Малеева Н.А. Granular Aluminum Kinetic Inductance Nonlinearity JETP Letters, Том 119, номер 6, страницы 439–443 (год публикации - 2024)
10.1134/S002136402460037X

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта представляют собой очередные шаги по развитию нанотехнологий и измерительных систем для изготовления, контроля и использования нового поколения квантовых приборов для передачи и обработки информации. Потенциальные возможности таких устройств существенно превосходят их современные аналоги, широко использующиеся в экономике и социальной сфере. В связи со сложностью поставленных задач, здесь требуются не только оптимальные инженерные решения, но и глубокое фундаментальное исследование применимости квантовых законов современной физики. Считывание сигналов криогенных устройств с частотным разделением каналов требует развития криогенных сверхпроводящих усилителей СВЧ с шумами близкими к квантовому пределу и относительно широкой рабочей полосой частот. Сверхпроводящие усилители бегущей волны позволяют достигать относительно широких частотных полос усиления, до нескольких ГГц, в сочетании с низким уровнем добавленных шумов и относительно высоким уровнем мощности насыщения сигнала, около -90 дБм. В настоящее время первые варианты подобных устройств предлагаются частными компаниями в США, ЕС и КНР. Устройства представляют интерес для продаж на активно развивающемся рынке элементной базы квантовой информатики. Научно-техническая поддержка отечественного производителя была одной из задач данного проекта.