Hardware für Quantencomputer
Was ist der Hauptgrund dafür, dass supraleitende Qubits in einem Verdünnungskryostaten auf etwa 10 bis 20 mK gekühlt werden?
- ADamit Verdrahtung und Kontakte supraleitend werden und die thermische Anregung der Qubits sowie das thermische Rauschen ausreichend klein werden
- BWeil die Kühlung die Bandlücke von Silizium vergrößert und die Qubit-Frequenz erhöht
- CWeil die Elektronenbeweglichkeit bei tiefer Temperatur steigt und die Gatteroperationen 1000-mal schneller als bei Raumtemperatur werden
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Antwort: A. Damit Verdrahtung und Kontakte supraleitend werden und die thermische Anregung der Qubits sowie das thermische Rauschen ausreichend klein werden
Das in Transmons verwendete Aluminium wird unterhalb von etwa 1,2 K supraleitend, wodurch Widerstandsverluste entfallen. Außerdem entspricht die Energie hf eines Qubits mit einer Frequenz von etwa 5 GHz einer Temperatur von etwa 0,24 K; wird die thermische Energie kT nicht deutlich kleiner gemacht, wird das Qubit thermisch nach |1⟩ angeregt, und über die Verdrahtung dringt thermisches Rauschen ein. Die Temperatur von flüssigem Helium, etwa 4 K, reicht daher nicht aus, und die Qubits werden mit einem Verdünnungskryostaten, der ein Gemisch aus Helium-3 und Helium-4 nutzt, auf etwa 10 mK gekühlt. Die Geschwindigkeit eines Qubits wird nicht durch die Beweglichkeit bestimmt, und supraleitende Qubits nutzen die Bandlücke von Silizium nicht.