镓量子位的性质仅由20纳米的小结决定，该结就像微观材料缺陷的放大镜。来源：丹尼斯·里格，KIT

量子计算机可以更快地处理大量数据，因为它们并行执行许多计算步骤。量子计算机的信息载体是量子比特。量子比特不仅拥有“0”和“1”的信息，还拥有介于两者之间的值。然而，困难在于产生足够小的量子比特，并且可以足够快地切换以执行量子计算。

超导电路是一个非常有前途的选择。超导体是在极低温度下没有电阻的材料，因此可以无任何损耗地传导电流。这对于保持量子比特的量子态并有效地连接它们非常重要。

Gralmonium量子比特：超导和敏感

KIT研究人员现在已经成功地开发了新颖的非常规超导量子比特。“超导量子比特的核心是一个所谓的约瑟夫森结，用于存储量子信息。在这里，我们做了一个关键的修改，“KIT量子材料与技术研究所（IQMT）的Ioan M. Pop博士说。

通常，这种用于超导量子比特的约瑟夫森结是通过将两个铝层分开的薄氧化物势垒获得的。“对于我们的量子比特，我们使用单层颗粒铝，一种由嵌入氧化物基质中的几纳米大小的铝晶粒制成的超导体，”Pop说。然后，材料在约瑟夫森结的三维网络中自建。

“令人着迷的是，我们的量子比特的所有属性都由一个只有20纳米的非常小的连接点主导。因此，它就像超导量子位中微观材料缺陷的放大镜，并为改进提供了一个有希望的选择，“IQMT的Simon Günzler补充道。

完全由颗粒铝制成的量子位

该团队取得的进展是基于先前使用所谓的助焊量子比特测试的方法。这个前身版本的部分由颗粒铝制成，其他部分由传统铝组成。现在，整个量子比特由颗粒铝制成。“如果量子电路可以从金属薄膜中切割出来，这将为工业生产带来全新的机会，通过蚀刻工艺和量子比特的扩展应用，例如在强磁场中，”KIT物理研究所的Dennis Rieger说。

该论文发表在Nature Materials杂志上。

更多信息： D. Rieger等人，颗粒铝纳米结助焊剂量子比特，自然材料（2022）。DOI： 10.1038/s41563-022-01417-9

期刊信息：自然材料