Физики увеличили устойчивость спин-орбитальных кубитов

Спин-орбитальные кубиты уже более десяти лет исследуются как возможность увеличить число кубитов в квантовом компьютере, поскольку ими легко манипулировать

Международная группа ученых существенно увеличила продолжительность времени, в течение которого спин-орбитальный кубит в кремнии может сохранять квантовую информацию, открыв новый путь к тому, чтобы сделать кремниевые квантовые компьютеры более масштабируемыми и функциональными.

Спин-орбитальные кубиты уже более десяти лет исследуются как возможность увеличить число кубитов в квантовом компьютере, поскольку ими легко манипулировать и соединять на больших расстояниях. Однако они всегда демонстрировали очень ограниченное время когерентности, слишком короткое для квантовых технологий.

Исследование, опубликованное в Nature Materials, показывает, что при достаточно сильной спин-орбитальной связи возможны длительные времена когерентности. На самом деле ученые продемонстрировали когерентность в 10 000 раз большую, чем ранее было зафиксировано для спин-орбитальных кубитов, что делает их идеальным кандидатом для масштабирования кремниевых квантовых компьютеров.

“Мы перевернули общепринятую модель с ног на голову, продемонстрировав исключительно долгое время когерентности – ~10 миллисекунд – и поэтому спин-орбитальные кубиты могут быть удивительно надежными”, – говорит профессор UNSW Свен Рогге, главный исследователь Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий (CQC2T), возглавлявший исследовательскую группу.

То, насколько устойчив кубит, определяет продолжительность времени, в течение которого он может сохранять квантовую информацию.

В спин-орбитальных кубитах хранится о спине электрона, а также о его движении – о том, как он “вращается” вокруг атомов в решетке чипа. Именно сила связи между этими двумя спинами сохраняет кубит стабильным и менее подверженным разрушению электрическим шумом в устройствах.

– Квантовая информация в большинстве спин-орбитальных кубитов чрезвычайно хрупка. Наш спин-орбитальный кубит особенный, потому что квантовая информация, хранящаяся в нем, очень надежна”, – говорит ведущий автор исследования Такаши Кобаяши.

– Информация хранится в ориентации спина и орбиты электрона, а не только спина. Круговая орбита заряженного электрона и спин сцеплены вместе, как шестеренки, из-за очень сильного притяжения в спин-орбитальной связи.

“Увеличение силы этой спин-орбитальной связи позволяет нам достичь значительно большего времени когерентности, которое мы опубликовали сегодня.”

Чтобы увеличить время когерентности, исследователи сначала создали спин-орбитальные кубиты, введя в кристалл кремния примеси, называемые акцепторными легирующими атомами. Затем команда модифицировала деформацию в структуре кремниевой решетки чипа, чтобы генерировать различные уровни спин-орбитальной связи.

Конечный результат дал когерентность более чем в 10 000 раз большую, чем ранее обнаруженная в спин-орбитальных кубитах.

Это означает, что квантовая информация сохраняется гораздо дольше, позволяя выполнять гораздо больше операций – это важный шаг для масштабирования квантовых компьютеров.

Исследование в конечном счете открывает новые способы манипулирования отдельными кубитами и связывания кубитов на гораздо больших расстояниях, что сделает процесс изготовления чипов более гибким.


Engineering long spin coherence times of spin–orbit qubits in silicon, Nature Materials (2020). DOI: 10.1038/s41563-020-0743-3

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

5 1 голос
Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Share via
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: