Учёные предложили удивительно простое решение для управления кремниевыми спиновыми кубитами

Специалисты компании HRL Laboratories опубликовали в журнале Nature статью, в которой рассказали об эксперименте по управлению кремниевыми спиновыми кубитами. Решение оказалось удивительно удобным и способным подтолкнуть науку вперёд к созданию универсального квантового компьютера. Это не готовая к внедрению разработка, но вполне чёткий план действий, каждый этап реализации которого сегодня полностью осуществим.

Большинство предложенных сегодня схем воздействии на кремниевые спиновые кубиты и другие варианты кубитов опираются на микроволновое излучение. Отправка радиосигнала на резонансной частоте меняет квантовые состояние кубитов либо производит их считывание. Было бы гораздо удобнее, если бы непосредственно влияющие на кубиты управляющие сигналы посылались как в современной электронике — импульсами напряжения. Именно подобную реализацию предложили исследователи из HRL Laboratories. И не просто предложили, а создали макет установки и оценили её способность управлять закодированными кубитами — спинами кремниевых кубитов.

Решение представляет собой изготовленные на обычном фабричном техпроцессе квантовые точки, к которым подведены электроды. Квантовая точка — это соединение кремния и кремния-германия (Si/SiGe). Каждая квантовая точка захватывает электрон, направление спина которого кодируется напряжением на электроде. Учёные показали, что точно выверенное напряжение с высокой частотой, подающееся на электроды между квантовыми точками (кубитами) позволяет влиять на направление закодированных спинов и эти изменения можно фиксировать.

Фактически учёные показали устройство логики для квантовых вычислений, хотя до работающих алгоритмов всё ещё далеко. Тем не менее, предложенное решение показало хорошее время когерентности и устойчивость ко многим внешним воздействиям и целому списку ошибок, характерных, в частности, для метода микроволнового воздействия на кубиты. В отличие от всех других популярных кубитов, уверены разработчики, в их схеме нет непреодолимых барьеров — всё постепенно решается, тогда как у других кубитов есть, как минимум, какое-то одно несокрушимое пока препятствие.

«Трудно определить лучшую технологию создания кубитов, но я думаю, что кремниевые кубиты с обменом являются, по крайней мере, наиболее сбалансированными, — сказал Таддеус Лэдд (Thaddeus Ladd), руководитель группы HRL и соавтор статьи. — Остаются реальные задачи по улучшению ошибок, масштаба, скорости, однородности, перекрестных помех и других аспектов, но ни один из них не требует чуда. Для многих других видов кубитов есть, по крайней мере, один аспект, который все еще выглядит очень, очень трудным».