Вчені захопили два електрони і змусили їх взаємодіяти за допомогою кремнієвого пристрою.
Відзначається, що за допомогою дослідження буде прискорено використання кремнієвої технології як життєздатну альтернативу іншим технологіям квантових обчислень, таким як надпровідники або захоплені іони.
Вчені використовували двокубітний кремнієвий квантовий пристрій задля досягнення безпрецедентного рівня точності – вище 99%.
Наголошується, що це найвища точність, досягнута на сьогоднішній день для двокубітного вентиля в напівпровіднику, яка перебуває на одному рівні з найкращими результатами, досягнутими конкуруючими технологіями.
“Кремнієві спінові кубіти набирають обертів. Це схоже на великий рік для кремнію в цілому”, – заявив аспірант фізичного факультету Принстонського університету і провідний автор дослідження Адам Міллс.
За допомогою кремнієвого пристрою вчені захопили два електрони і змусили їх взаємодіяти.
“Спіновий стан кожного електрона можна використовувати як кубіт, а взаємодія між електронами може заплутати ці кубіти. Ця операція має вирішальне значення для квантових обчислень, і дослідницька група під керівництвом Джейсона Петти, професора фізики Юджина Гіггінса в Принстоні, змогла виконати цю операцію заплутування з рівнем точності, що перевищує 99,8%”, – сказано в статті.
Як відомо, кубіт – це квантова версія комп’ютерного біта, що є найменшою одиницею даних у комп’ютері. Він закодований інформацією, яка може набувати значення або одиниці, або нуля. Але, на відміну від біта, кубіт може використовувати концепції квантової механіки, щоб виконувати завдання, недоступні класичним бітам.
“У кубіті ви можете кодувати нулі й одиниці, але ви також можете мати суперпозицію цих нулів і одиниць. Це означає, що кожен кубіт може бути одночасно нулем і одиницею. Ця концепція, звана суперпозицією, є фундаментальною властивістю квантової механіки і дозволяє кубітам виконувати операції, що на видаються як дивні і надземні. З практичної точки зору, це дає квантовому комп’ютеру більшу перевагу перед звичайними комп’ютерами, наприклад, у факторизації дуже великих чисел або виборі найоптимальнішого вирішення проблеми”, – додав Міллс.
Також наголошується, що “спін” у спінових кубітах – це кутовий момент електрона і квантова властивість, що виявляється у вигляді крихітного магнітного диполя, який можна використовувати для кодування інформації. Його порівнюють із стрілкою компаса, яка має північний та південний полюси й обертається відповідно до магнітного поля Землі.
“З точки зору квантової механіки, спін електрона може орієнтуватися на магнітне поле, створене в лабораторії (спін вгору), або бути орієнтованим антипаралельно полю (спін вниз), або перебувати у квантовій суперпозиції спіну вгору і спіну. Спін – це властивість електрона, яку використовують у квантових пристроях на основі кремнію; звичайні комп’ютери, навпаки, працюють, керуючи негативним зарядом електрона”, – каже вчений.
За його словами, загалом кремнієві спінові кубіти мають переваги перед іншими типами кубітів.
“Ідея полягає в тому, що кожна система має масштабуватися до множини кубітів. І прямо зараз інші системи кубітів мають реальні фізичні обмеження для масштабованості. Розмір може бути реальною проблемою для цих систем. Там не так багато місця, куди ви можете втиснути ці речі”, – пояснив Міллс.
Він підкреслив, що кремнієві спінові кубіти складаються з окремих електронів і є надзвичайно малих розмірів.
“Наші пристрої мають діаметр всього близько 100 нанометрів, у той час як звичайний надпровідний кубіт має розмір близько 300 мікронів, тому якщо ви хочете зробити багато на чипі, вам буде складно використовувати надпровідниковий підхід”, – додали дослідники.
Для проведення експерименту вони мали спочатку захопити один електрон.
“Ми ловимо один електрон, дуже маленьку частинку, і нам потрібно доставити її в певну область простору, а потім змусити танцювати”, – зазначили експерти.
Вгорі вчені розмістили маленькі електроди, що створюють електростатичний потенціал для утримання електрона. Дві такі клітини, з’єднані разом і розділені бар’єром або брамою, утворили подвійну квантову точку.
“У нас є два спіни, розміщені поруч на сусідніх сайтах. Регулюючи напруження на цих затворах, ми можемо на мить зіткнути електрони разом і змусити їх взаємодіяти. Це називається двокубітним затвором. Взаємодія змушує кожен спіновий кубіт розвиватися відповідно до стану сусідніх з ним спінових кубітів, що призводить до заплутаності у квантових системах. Ми змогли виконати цю взаємодію двох кубітів з точністю, що перевищує 99%. На сьогоднішній день це найвища точність для двокубітного вентиля, яка досі була досягнута в спінових кубітах”, – каже Міллс.
Це перша демонстрація напівпровідникової системи спінових кубітів.
