Уникальные двухэлектронные спиновые корреляции
Изображение: UNSW
Уникальный подход к созданию квантовых битов из точно расположенных отдельных атомов в кремнии продемонстрировали австралийские ученые, и впервые показали, что они могут заставить два атомных кубита «поговорить» друг с другом.
Команда, возглавляемая профессором UNSW Мишель Симмонс, директором Центра передового опыта по квантовым вычислениям и коммуникационным технологиям, или CQC2T — единственная в мире группа, которая имеет возможность видеть точное положение своих кубитов в твердом состоянии.
Команда Симмонс создает атомы-кубиты, точно позиционируя и инкапсулируя отдельные атомы фосфора в кремниевом чипе. Информация хранится на квантовом спине одного электрона фосфора.
Последнее достижение команды — первое наблюдение контролируемых взаимодействий между двумя этими кубитами — опубликовано в журнале Nature Communications. Оно следует за двумя другими недавними прорывами, использующими этот уникальный подход к построению квантового компьютера.
Оптимизируя свой нанопроизводственный процесс, команда исследователей также недавно создала квантовые схемы с наименьшими зарегистрированными электрическими шумами любого полупроводникового устройства.
И они создали электрон-спиновый кубит с самым продолжительным временем жизни, когда-либо зарегистрированном в наноэлектрическом устройстве — 30 секунд.
«Комбинированные результаты этих трех исследовательских работ подтверждают чрезвычайно перспективные возможности для построения многоцикловых систем с использованием наших атомных кубитов», — говорит Мишель Симмонс.
«Расположив атомы фосфора в кремнии, чтобы сделать кубит, мы продемонстрировали, что мы можем использовать сканирующий зонд для непосредственного измерения волновой функции атома, что говорит о его точном физическом расположении в чипе. Мы являемся единственной группой в мир, который действительно может видеть, где находятся наши кубиты».
«Нашим конкурентным преимуществом является то, что мы можем поставить наш высококачественный кубит, где мы хотим его видеть в чипе, посмотреть, что мы сделали, а затем измерить, как он себя ведет. Мы можем добавить еще один кубит поблизости и посмотреть, как взаимодействуют две волновые функции. И тогда мы сможем начать создавать копии таких устройств» — сказала Мишель Симмонс.
Изображение: UNSW
«Используя электроды, которые были сфокусированы на чипе с подобными методами точности, мы смогли контролировать взаимодействия между этими двумя соседними кубитами, поэтому квантовые спины их электронов стали коррелированными», — говорит соавтор исследования, доктор Мэтью Брум.
«Было увлекательно наблюдать, когда спин одного электрона был направлен вверх, а другой указывал вниз, и наоборот».
«Это важная веха в технологии. Этот тип спиновых корреляций является предшественником запутанных состояний, которые необходимы для функционирования квантового компьютера и выполнения сложных вычислений», — говорит он.
Соавтор исследования, Сэм Горман говорит: «Теория предсказывала, что два кубита должны быть размещены на расстоянии 20 нанометров друг от друга, чтобы возможно было увидеть этот эффект корреляции. Но мы обнаружили, что процесс происходит только на расстоянии 16 нанометров».
«В квантовом мире это очень большая разница, — говорит он. «Это замечательно, когда экспериментатор бросает вызов теории».
Больше информации: M. A. Broome et al, Two-electron spin correlations in precision placed donors in silicon, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-02982-x