В квантовом обмене информацией размер имеет значение даже в нанометровом масштабе
Квантовая информация может храниться и обмениваться с помощью электронных спиновых состояний. Зарядом электронов можно управлять с помощью импульсов напряжения затвора, которые также контролируют их спин. Считалось, что этот метод может быть применим только в том случае, если квантовые точки соприкасаются друг с другом; если их сжать слишком близко друг к другу, вращения будут реагировать слишком бурно, если расположить слишком далеко друг от друга, вращения будут взаимодействовать слишком медленно.
Это создает дилемму, потому что, если квантовый компьютер когда-нибудь увидит свет, нам понадобится как быстрый спиновой обмен, так и достаточно места вокруг квантовых точек для размещения импульсных электродов затвора.
Обычно левая и правая точки в линейном массиве квантовых точек находятся слишком далеко друг от друга, чтобы обмениваться квантовой информацией друг с другом. Фредерико Мартинс, постдок из UNSW, Сидней, Австралия, объясняет: «Мы кодируем квантовую информацию в спиновых состояниях электронов, которые обладают желаемым свойством, заключающимся в том, что они не сильно взаимодействуют с шумной средой, что делает их полезными как надежные и долговечные. жилые квантовые воспоминания.
Но когда вы хотите активно обрабатывать квантовую информацию, отсутствие взаимодействия контрпродуктивно, потому что теперь вы хотите, чтобы спины взаимодействовали!" Что делать? Невозможно одновременно иметь долгоживущую информацию и обмен информацией – по крайней мере, так кажется. «Мы обнаружили, что, помещая большую вытянутую квантовую точку между левыми и правыми точками, мы можем обеспечить когерентный обмен спиновых состояний в пределах миллиардной доли секунды, при этом электроны никогда не выходят из своих точек.
Другими словами, теперь у нас есть и быстрое взаимодействие, и необходимое пространство для импульсных электродов затвора », – говорит Фердинанд Куэммет, доцент Института Нильса Бора.
Сотрудничество является абсолютной необходимостью, как внутри, так и снаружи
Сотрудничество между исследователями с разносторонним опытом было ключом к успеху. Внутреннее сотрудничество постоянно способствует повышению надежности процессов нанопроизводства и совершенствованию низкотемпературных технологий.
Фактически, в Центре квантовых устройств в настоящее время интенсивно изучаются основные претенденты на внедрение твердотельных квантовых компьютеров, а именно полупроводниковые спиновые кубиты, сверхпроводящие кубиты-гейтмоны и топологические майорановские кубиты.
Все они представляют собой кубиты с регулируемым напряжением, что позволяет исследователям делиться трюками и вместе решать технические задачи. Но Куэммет быстро добавляет, что «все это было бы бесполезно, если бы у нас не было доступа к чрезвычайно чистым полупроводниковым кристаллам.Майкл Манфра, профессор материаловедения, соглашается: «Purdue приложила много усилий для понимания механизмов, которые приводят к созданию тихих и стабильных квантовых точек.
Замечательно видеть, как эта работа приносит пользу новым кубитам Копенгагена."
Теоретическая основа открытия предоставлена Сиднейским университетом, Австралия.
Стивен Бартлетт, профессор квантовой физики Сиднейского университета, сказал: «Что меня восхищает в этом результате как теоретика, так это то, что он освобождает нас от ограничивающей геометрии кубита, полагающегося только на его ближайших соседей."Его команда провела подробные расчеты, предоставив квантово-механическое объяснение парадоксальному открытию.
В целом, демонстрация быстрого обмена спинами представляет собой не только замечательное научное и техническое достижение, но и может иметь серьезные последствия для архитектуры твердотельных квантовых компьютеров.
Причина в расстоянии: «Если спины между несоседними кубитами могут быть управляемо обмениваться, это позволит реализовать сети, в которых увеличенная связность кубит-кубит трансформируется в значительно увеличенный вычислительный квантовый объем», – прогнозирует Куэммет.