Google'ın kuantum mimarisi "Süperiletken Kübitler" (Transmon Qubits) üzerine kuruludur. Bu teknolojinin ana malzemesi ise Alüminyumdur.
Neden Kullanılıyor? Alüminyum, belirli bir sıcaklığın altına (yaklaşık 1.2 Kelvin) soğutulduğunda elektrik direncini tamamen kaybeder ve süperiletken olur. Bu, kübitlerdeki elektronların enerji kaybetmeden sonsuza kadar döngüde kalabilmesini sağlar.
Josephson Eklemleri: İşlemcinin kalbi olan "Josephson Eklemleri", iki süperiletken alüminyum tabakası arasına yerleştirilen ultra ince (birkaç atom kalınlığında) bir yalıtkan tabakadan oluşur. Bu yapı, kuantum tünelleme etkisinin gerçekleşmesini sağlar.
Yukarıda bahsedilen Josephson Eklemlerindeki o kritik yalıtkan katman, genellikle Alüminyum Oksittir.
Görevi: Bu malzeme, iki süperiletken alüminyum parçayı elektriksel olarak birbirinden ayırır ancak kuantum mekaniksel tünellemeye izin verecek kadar incedir. Google, bu katmanın kalınlığını ve kalitesini atomik hassasiyetle kontrol ederek kübitlerin frekansını belirler.
Google'ın Sycamore çipi tek parça değildir; iki farklı silikon plakanın üst üste yapıştırılmasıyla (sandviç gibi) oluşur. Bu iki katmanı birbirine bağlamak için İndiyum kullanılır.
Flip-Chip Teknolojisi: Bir katmanda kübitler, diğer katmanda ise onları kontrol eden ve okuyan devreler bulunur. Bu iki katman, "indiyum tümsekleri" (indium bumps) adı verilen süperiletken lehim toplarıyla birbirine soğuk kaynak (cold weld) yöntemiyle yapıştırılır. İndiyumun yumuşak yapısı ve süperiletkenliği, bu hassas 3D entegrasyon için mükemmeldir.
Kuantum çipleri, tıpkı klasik çipler gibi Silikon tabanlar (wafer) üzerine inşa edilir. Ancak buradaki silikon, standart endüstriden çok daha saftır.
Dielektrik Kayıp: Kuantum bilgiler (kübit durumları) çok kırılgandır. Silikon tabandaki en ufak bir safsızlık, kübitin enerjisini emebilir ve "decoherence" (tutarlılık kaybı) denilen hataya neden olabilir. Google, dielektrik kayıpları minimize etmek için özel olarak işlenmiş silikon substratlar kullanır.
Çip, mutlak sıfıra yakın (-273°C) çalışan bir "seyreltme buzdolabının" (dilution refrigerator) en altındadır. Ancak bu çipe oda sıcaklığındaki kontrol bilgisayarlarından sinyal gitmesi gerekir.
Süperiletken Kablolar: Buzdolabının içindeki kablolama, ısıyı aşağıya iletmemek için Niyobyum-Titanyum gibi süperiletken koaksiyel kablolarla yapılır. Bu malzemeler elektriği iletirken ısıyı çok az iletir, böylece işlemci ısınmaz.
Google'ın kuantum başarısı sadece yazılım veya matematik değil, aynı zamanda aşırı uçlardaki malzeme mühendisliğidir. Alüminyumun saflığından İndiyumun yapıştırıcı gücüne kadar her atom, "Quantum Error Correction" (Kuantum Hata Düzeltme) hedefine ulaşmak için hayati önem taşır.
Kuantum çağı, aslında yeni bir "Malzeme Çağı"dır.
