Масштабирование квантовых вычислений
Использование электрической дипольной связи между кубитами означает, что они могут быть расположены дальше друг от друга, что обеспечивает гибкость в процессе изготовления чипа.
Источник: CQC2T. Tony Melov
Австралийские ученые исследовали новые направления для масштабирования кубитов, используя спин-орбитальную связь атомных кубитов, добавляя новый набор инструментов в свой арсенал.
Спин-орбитальная связь, связь орбитальной и спиновой степеней свободы кубитов позволяет манипулировать кубитом посредством электрических, а не магнитных полей. Использование электрической дипольной связи между кубитами означает, что они могут быть расположены дальше друг от друга, что обеспечивает гибкость в процессе изготовления чипа.
В одном из этих подходов, опубликованном в журнале Science Advances, группа ученых во главе с профессором UNSW Свеном Рогге исследовала спин-орбитальную связь атома бора в кремнии.
«Отдельные атомы бора в кремнии являются относительно неизученной квантовой системой, но наши исследования показали, что спин-орбитальная связь дает много преимуществ для масштабирования до большого числа кубитов в квантовых вычислениях», — говорит профессор Рогге, руководитель программы в центре квантовых вычислений и коммуникационных технологий (CQC2T).
Следуя более ранним результатам группы UNSW, опубликованным в прошлом месяце в Physical Review X, группа Рогге теперь сосредоточилась на применении быстрого считывания спинового состояния (1 или 0) всего двух атомов бора в чрезвычайно компактной схеме, размещенной в коммерческом транзисторе.
«Атомы бора в кремнии эффективно соединяются с электрическими полями, позволяя быстро манипулировать кубитом и связывать кубит на больших расстояниях. Электрическое взаимодействие также позволяет связываться с другими квантовыми системами, открывая перспективы гибридных квантовых систем», — говорит Рогге.
Еще одна часть недавних исследований команды профессора Мишель Симмонс в UNSW также подчеркнула роль спиновой орбитальной связи в атомных кубитах в кремнии, на этот раз с кубитами атомов фосфора. Исследование было недавно опубликовано в Quantum Information.
Исследование выявило удивительные результаты. Для электронов в кремнии — и, в частности, для электронов, связанных с донорными фосфорными кубитами — управление спиновой орбитой обычно считалось слабым, что приводило к увеличению продолжительности жизни спина в секундах. Однако последние результаты показали ранее неизвестную связь спина электрона с электрическими полями, которые обычно встречаются в архитектурах устройств, созданных управляющими электродами.
«Благодаря тщательному выравниванию внешнего магнитного поля с электрическими полями в атомно-инженерном устройстве мы нашли способ продлить эти спиновые жизни до нескольких минут», — говорит профессор Мишель Симмонс, директор CQC2T.
«Учитывая длительное время спиновой когерентности и технологические преимущества кремния, эта недавно обнаруженная связь донорного спина с электрическими полями обеспечивает путь для методов спинового резонанса с электрическим приводом, обещая высокую селективность кубита».
Оба результата подчеркивают преимущества понимания и управления спин-орбитальной связью для крупномасштабных архитектур квантовых вычислений.
С мая 2017 года первая в Австралии компания по квантовым вычислениям Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC) работает над созданием и коммерциализацией квантового компьютера. Ее целью является создание 10-кубитного прототипа устройства в кремнии к 2022 году в качестве предшественника коммерческого квантового компьютера на основе кремния.
«Readout and control of the spin-orbit states of two coupled acceptor atoms in a silicon transistor» Science Advances (2018). advances.sciencemag.org/content/4/12/eaat9199