Міжнародна група вчених істотно збільшила тривалість часу, протягом якого спін-орбітальний кубіт в кремнії може зберігати квантову інформацію, відкривши новий шлях до того, щоб зробити кремнієві квантові комп'ютери більш масштабованими і функціональними.
Спін-орбітальні кубіти вже більше десяти років досліджуються як можливість збільшити число кубітів у квантовому комп'ютері, оскільки ними легко маніпулювати і з'єднувати на великих відстанях. Однак вони завжди демонстрували дуже обмежений час когерентності, занадто короткий для квантових технологій.
Дослідження, опубліковане в Nature Materials, показує, що при досить сильному спін-орбітальному зв'язку можливі тривалі часи когерентності. Насправді вчені продемонстрували когерентність в 10 000 разів більшу, ніж раніше було зафіксовано для спін-орбітальних кубітів, що робить їх ідеальним кандидатом для масштабування кремнієвих квантових комп'ютерів.
«Ми перевернули загальноприйняту модель з ніг на голову, продемонструвавши виключно довгий час когерентності - ауд 10 мілісекунд - і тому спін-орбітальні кубити можуть бути напрочуд надійними», - говорить професор UNSW Свен Рогге, головний дослідник Центру квантових обчислень і комунікаційних технологій (CQC2T), який очолював дослідницьку групу.
Те, наскільки стійкий кубіт, визначає тривалість часу, протягом якого він може зберігати квантову інформацію.
У спін-орбітальних кубітах зберігається інформація про спину електрону, а також про його рух - про те, як він «обертається» навколо атомів у решітці чіпа. Саме сила зв'язку між цими двома спинами зберігає кубіт стабільним і менш схильним до руйнування електричним шумом у пристроях.
- Квантова інформація в більшості спін-орбітальних кубітів надзвичайно крихка. Наш спін-орбітальний кубить особливий, тому що квантова інформація, що зберігається в ньому, дуже надійна ", - говорить провідний автор дослідження Такаші Кобаяші.
- Інформація зберігається в орієнтації спину та орбіти електрону, а не тільки спина. Кругова орбіта зарядженого електрону і спин зчеплені разом, як шестерінки, через дуже сильне тяжіння в спин-орбітальному зв'язку.
"Збільшення сили цього спін-орбітального зв'язку дозволяє нам досягти значно більшого часу когерентності, який ми опублікували сьогодні.
Щоб збільшити час когерентності, дослідники спочатку створили спін-орбітальні кубити, ввівши в кристал кремнію домішки, звані акцепторними легуючими атомами. Потім команда модифікувала деформацію в структурі кремнієвої решітки чіпа, щоб генерувати різні рівні спін-орбітального зв'язку.
Кінцевий результат дав когерентність більш ніж в 10 000 разів більшу, ніж раніше виявлена в спін-орбітальних кубітах.
Це означає, що квантова інформація зберігається набагато довше, дозволяючи виконувати набагато більше операцій - це важливий крок для масштабування квантових комп'ютерів.
Дослідження зрештою відкриває нові способи маніпулювання окремими кубітами і зв'язування кубітів на набагато більших відстанях, що зробить процес виготовлення чіпів більш гнучким.