Новое исследование показывает, что решение проблемы компромисса между операционной скоростью и когерентностью, потенциальное масштабирование кубитов до мини-квантового компьютера. Предсказано, что квантовые компьютеры будут намного мощнее и функциональнее современных "классических" компьютеров.

Один из способов сделать квантовый бит-использовать "спин" электрона, который может указывать либо вверх, либо вниз. Чтобы сделать квантовые компьютеры максимально быстрыми и энергоэффективными, мы хотели бы управлять ими, используя только электрические поля, которые применяются с помощью обычных электродов.

Хотя спин обычно не "разговаривает" с электрическими полями, в некоторых материалах спины могут взаимодействовать с электрическими полями косвенно, и это одни из самых горячих материалов, которые в настоящее время изучаются в квантовых вычислениях.

Взаимодействие, которое позволяет спинам общаться с электрическими полями, называется спин-орбитальным взаимодействием и прослеживается вплоть до теории относительности Эйнштейна.

Исследователи квантовых вычислений опасаются, что при сильном взаимодействии любое увеличение скорости работы будет компенсировано потерей когерентности (по сути, как долго мы можем сохранять квантовую информацию).

"Если электроны начинают разговаривать с электрическими полями, которые мы применяем в лаборатории, это означает, что они также подвергаются воздействию нежелательных, флуктуирующих электрических полей, которые существуют в любом материале (обычно называемых" шумом"), и хрупкая квантовая информация этих электронов будет уничтожена", - говорит профессор Дими Калсер (UNSW/FLEET), который возглавлял теоретическое исследование дорожной карты.

"Но наше исследование показало, что этот страх не оправдан."

"Наши теоретические исследования показывают, что решение достигается с помощью дырок, которые можно рассматривать как отсутствие электрона, ведущего себя как положительно заряженные электроны."

Таким образом, квантовый бит можно сделать устойчивым к флуктуациям заряда, возникающим на твердом фоне.

Более того, "сладкое пятно", в котором кубит наименее чувствителен к такому шуму, также является точкой, в которой он может работать быстрее всего.

"Наше исследование предсказывает, что такая точка существует в каждом квантовом бите, состоящем из дырок, и дает набор рекомендаций для экспериментаторов, чтобы достичь этих точек в своих лабораториях", - говорит Дими.

Достижение этих точек облегчит экспериментальные усилия по сохранению квантовой информации как можно дольше. Это также обеспечит стратегии для "масштабирования" квантовых битов—то есть построения "массива" битов, который будет работать как мини-квантовый компьютер.

"Это теоретическое предсказание имеет ключевое значение для масштабирования квантовых процессоров, и первые эксперименты уже проведены", - говорит профессор Свен Рогге из Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий (CQC2T)."

"Наши недавние эксперименты с дырочными кубитами с использованием акцепторов в кремнии уже продемонстрировали более длительное время когерентности, чем мы ожидали", - говорит профессор Джо Салфи из Университета Британской Колумбии. "Отрадно видеть, что эти наблюдения опираются на прочную теоретическую основу. Перспективы для дырочных кубитов действительно радужны."

Статья" Оптимальные рабочие точки для сверхбыстрых, высоко когерентных спин-орбитальных кубитов дырок Ge" была опубликована в журнале Nature Partner journal npj Quantum Information в апреле 2021 года.

ИСТОЧНИК