Упс! Не вдала спроба:(
Будь ласка, спробуйте ще раз.

Завдяки новому методу керування обертанням електронів створять ефективні квантові комп'ютери

Катерина Колонович
Катерина Колонович Новинарка Speka.Media
31 січня 2023 5 хвилин читання

Метод, розроблений вченими з Рочестеру, долає обмеження електронного спінового резонансу. Квантова наука має потенціал зробити революцію в сучасних технологіях завдяки більш ефективним комп'ютерам, комунікації та сенсорним пристроям. Але спочатку треба вирішити, як точно маніпулювати інформацією у квантових системах.

У статті, опублікованій у Nature Physics, група дослідників з Університету Рочестеру описує новий метод керування спіном електронів у кремнієвих квантових точках — крихітних нанорозмірних напівпровідниках із чудовими властивостями — як спосіб маніпулювання інформацією у квантовій системі, повідомляє University of Rochester.

Результати дослідження забезпечують новий багатообіцяючий механізм когерентного керування кубітами на основі спіну електронів у напівпровідникових квантових точках, що може прокласти шлях до розроблення практичного квантового комп'ютера на основі кремнію
ад'юнкт-професор фізики Джон Нікол

Використання квантових точок як кубітів

Звичайний комп'ютер складається з мільярдів транзисторів, які називають бітами. З іншого боку, квантові комп'ютери засновані на квантових бітах, також відомих як кубіти. На відміну від звичайних транзисторів, які можуть мати значення «0» (вимкнено) або «1» (увімкнено), кубіти керуються законами квантової механіки і можуть бути як «0», так і «1» одночасно.

Вчені давно вивчають можливість використання кремнієвих квантових точок як кубітів; контроль обертання електронів у квантових точках запропонував би спосіб маніпулювати передачею квантової інформації. Кожен електрон у квантовій точці має внутрішній магнетизм, як крихітний стрижневий магніт. Вчені називають це спіном електрона — магнітною властивістю кожного електрону, оскільки кожен електрон — це негативно заряджена частинка, яка поводиться так, ніби вона швидко обертається, і саме цей ефективний рух породжує магнетизм.

Електронний спін є багатообіцяючим кандидатом для передачі, зберігання та обробки інформації в квантових обчисленнях, оскільки він пропонує тривалий час когерентності та високу точність вентиля і сумісний із передовими методами виробництва напівпровідників. Час когерентності кубіта — це час до втрати квантової інформації через взаємодію з шумним середовищем; довга когерентність означає довший час для виконання обчислень. Висока точність воріт означає, що квантові операції, які намагаються виконати дослідники, виконуються саме так, як вони хочуть.

Однією з головних проблем у використанні кремнієвих квантових точок як кубітів є контроль за обертанням електронів.

Керування спіном електрона

Стандартним методом контролю електронного спіну є електронний спіновий резонанс (ESR), який передбачає застосування коливальних радіочастотних магнітних полів до кубітів. Однак цей метод має кілька обмежень, включаючи необхідність генерувати та точно контролювати осцилюючі магнітні поля в кріогенних середовищах, де працює більшість кубітів зі спіном електронів. Як правило, щоб створити коливальні магнітні поля, дослідники посилають струм через дріт, і це генерує тепло, яке може порушити кріогенне середовище.

Нікол та його колеги описують новий метод керування обертанням електронів у кремнієвих квантових точках, який не покладається на електромагнітні поля, що коливаються. Метод заснований на явищі під назвою «спін-долинний зв'язок», яке виникає, коли електрони в кремнієвих квантових точках переходять між різними спіновими та долинними станами. Тоді як спіновий стан електрона відноситься до його магнітних властивостей, долинний стан відноситься до іншої властивості, пов'язаної з просторовим профілем електрона.

Дослідники застосовують імпульс напруги, щоб використовувати ефект спін-долини зв'язку та маніпулювати спіном і станами долини, контролюючи спін електрона.

Цей метод когерентного керування за допомогою спін-долинного зв'язку забезпечує універсальний контроль над кубітами та може виконуватися без коливальних магнітних полів, що є обмеженням ESR. Це відкриває нам новий шлях для використання кремнієвих квантових точок для маніпулювання інформацією у квантових комп'ютерах
ад'юнкт-професор фізики Джон Нікол

Раніше дослідники з Каліфорнійського університету відтворили тип гравітації, який існує на зірках та інших планетах у скляній кулі діаметром 3 см. Це дослідження допоможе зрозуміти, як сонячна погода впливає на космічні кораблі та системи супутникового зв'язку.

50 UAH 150 UAH 500 UAH 1000 UAH 3000 UAH 5000 UAH
0
Прокоментувати
Інші матеріали

Орнітологи вперше сфотографували птаху, яку вже вважали вимерлою

Дмитро Мухін 24 лютого 2024 19:07

Розробили першу в світі технологію розпізнавання емоцій у реальному часі

Сергій Коноплицький 23 лютого 2024 12:16

Труднощі комунікації: як вік, стать та культурні особливості впливають на розуміння емодзі

Олександр Тартачний 22 лютого 2024 09:00

Навіщо Землі пори року і як це працює на інших планетах

Сергій Коноплицький 19 лютого 2024 15:22

ШІ-клони, цифрові запахи та подорожі до стратосфери. Як технології змінять світ у 2024 році

Анна Нагорна 19 лютого 2024 13:45