Новый метод управления спином электрона открывает путь к созданию эффективных квантовых компьютеров

Квантовая наука способна произвести революцию в современных технологиях, создав более эффективные компьютеры, а также коммуникационные и сенсорные устройства.

Однако в достижении этих технологических целей остаются проблемы, включая то, как именно можно управлять информацией в квантовых системах.

В работе, опубликованной в журнале Nature Physics, группа исследователей из Рочестерского университета, включая Джона Никола, доцента физики, описывает новый метод управления спином электронов в кремниевых квантовых точках — крошечных наноразмерных полупроводниках с поразительными свойствами — как способ управления информацией в квантовой системе.

Результаты исследования дают новый многообещающий механизм последовательного управления кубитами на основе электронного спина в полупроводниковых квантовых точках, что может проложить путь к созданию практического квантового компьютера на основе кремния, — говорит Никол.

Использование квантовых точек в качестве кубитов

Обычный компьютер состоит из миллиардов транзисторов, называемых битами. А квантовые компьютеры основаны на квантовых битах, также известных как кубиты. В отличие от обычных транзисторов, которые могут быть в состоянии либо «0» (выключены), либо „1“ (включены), кубиты подчиняются законам квантовой механики и могут быть одновременно и „0“, и „1“.

Ученые давно рассматривали возможность использования кремниевых квантовых точек в качестве кубитов; управление спином электронов в квантовых точках позволило бы управлять передачей квантовой информации. Каждый электрон в квантовой точке обладает внутренним магнетизмом, подобно крошечному магниту. Ученые называют это электронным спином или спином электрона — магнитным моментом, связанным с каждым электроном, потому что каждый электрон представляет собой отрицательно заряженную частицу, которая ведет себя так, как будто она быстро вращается, и именно это движение вызывает магнетизм.

Спин электрона является перспективным кандидатом для передачи, хранения и обработки информации в квантовых вычислениях, поскольку он обеспечивает длительное время когерентности и высокую точность перехода, а также совместим с передовыми технологиями производства полупроводников.

Время когерентности кубита — это время до потери квантовой информации из-за взаимодействия с шумной средой; большая когерентность означает большее время для выполнения вычислений. Высокая точность перехода означает, что квантовая операция, которую пытаются выполнить исследователи, будет выполнена именно так, как они хотят.

Однако одной из основных проблем при использовании кремниевых квантовых точек в качестве кубитов является управление спином электрона.

Управление спином электрона

Стандартным методом управления спином электрона является электронный спиновый резонанс (ЭСР), который включает в себя применение к кубитам осциллирующих радиочастотных магнитных полей. Однако этот метод имеет ряд ограничений, включая необходимость генерировать и точно контролировать осциллирующие магнитные поля в криогенной среде, в которой работает большинство электронных спиновых кубитов.

Обычно для генерации осциллирующих магнитных полей исследователи пропускают ток через провод, при этом выделяется тепло, которое может нарушить криогенную среду.

Никол и его коллеги описали новый метод управления спином электронов в кремниевых квантовых точках, который не зависит от осциллирующих электромагнитных полей. Метод основан на явлении под названием спин-долинная связь, которое возникает, когда электроны в кремниевых квантовых точках переходят между различными спиновыми и долинными состояниями. В то время как спиновое состояние электрона относится к его магнитным свойствам, долинное состояние относится к другому свойству, связанному с пространственным профилем электрона.

Исследователи применяют импульс напряжения для использования эффекта спин-долинной связи и манипулируют спиновым и долинным состояниями, управляя спином электрона.

Этот метод когерентного управления с помощью спин-долинной связи обеспечивает универсальный контроль над кубитами и может осуществляться без использования осциллирующих магнитных полей, что является ограничением ЭПР, — заключил Никол.

Это открывает нам новую возможность использования кремниевых квантовых точек для управления информацией в квантовых компьютерах.

30.01.2023


Подписаться в Telegram



Net&IT

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

ИИ помогает математикам находить закономерности
ИИ помогает математикам находить закономерности

Применение машинного обучения для поиска ...

Scientific Reports: Борьба с недоверием в Интернете может быть неэффективной
Scientific Reports: Борьба с недоверием в Интернете может быть неэффективной

Новое исследование, проведенное Университетом ...

JRCS: ChatGPT перегружает пользователей выбором
JRCS: ChatGPT перегружает пользователей выбором

За последние несколько лет в области...

Искусственный интеллект может превзойти человеческий мозг
Искусственный интеллект может превзойти человеческий мозг

Ощупывание кошачьей шерсти может дать некотору...

Нейронные сети в опасности: как злоумышленники могут запутать ИИ
Нейронные сети в опасности: как злоумышленники могут запутать ИИ

Большинство искусственных интеллектуальных сис...

ChatGPT почти такой же хороший диагност, как доктор Хаус
ChatGPT почти такой же хороший диагност, как доктор Хаус

Чат-бот с искусственным интеллектом ChatG...

QS&T: Ученые создали самый точный метод управления квантовыми компьютерами
QS&T: Ученые создали самый точный метод управления квантовыми компьютерами

С помощью лазерного излучения исследователи ра...

New Phytologist: ИИ поможет распознавать аллергенную пыльцу
New Phytologist: ИИ поможет распознавать аллергенную пыльцу

Новая система, сочетающая в себе быстрое ...

Российские игры покоряют мир: Atomic Heart заняла первое место на Steam
Российские игры покоряют мир: Atomic Heart заняла первое место на Steam

В этом году российская игровая индустрия продо...

HV&I: ChatGPT помогает выявлять фейки о вакцинации
HV&I: ChatGPT помогает выявлять фейки о вакцинации

Чат-бот ChatGPT может помочь увеличить количес...

Те, у кого нет AR-очков, уязвимы перед теми, у кого они есть
Те, у кого нет AR-очков, уязвимы перед теми, у кого они есть

Тот, кто носит очки дополненной реальност...

Nature: Научная группа разработала критерии определения сознания ИИ
Nature: Научная группа разработала критерии определения сознания ИИ

В этом может помочь контрольный список, состав...

JAMA Oncology: ChatGPT еще не готов заменить врачей-онкологов
JAMA Oncology: ChatGPT еще не готов заменить врачей-онкологов

Когда исследователи попросили чатбот назначить...

Computers in Human Behavior: Социальные сети не провоцируют депрессию у детей
Computers in Human Behavior: Социальные сети не провоцируют депрессию у детей

Дети действительно проводят много времени в&nb...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые нашли критическую точку, в которой информация важна для выживания
Ученые нашли критическую точку, в которой информация важна для выживания
Как сделать робота умнее? Запрограммируйте его на познание неизведанного
Как сделать робота умнее? Запрограммируйте его на познание неизведанного
BMJ Open: 6+ часов малоподвижного отдыха связаны с удвоением риска фибромиомы
BMJ Open: 6+ часов малоподвижного отдыха связаны с удвоением риска фибромиомы
Скорость ходьбы 4+ км/час связана со значительным снижением риска диабета 2 типа
Скорость ходьбы 4+ км/час связана со значительным снижением риска диабета 2 типа
ACS Sensors: Анализ слюны сделают пригодным для домашнего использования
ACS Sensors: Анализ слюны сделают пригодным для домашнего использования
Новый материал может выполнять различные задачи в зависимости от температуры
Новый материал может выполнять различные задачи в зависимости от температуры
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Создан материал, который подавляет инфекцию и ускоряет заживление костей
Создан материал, который подавляет инфекцию и ускоряет заживление костей
Nature CE&E: Подсечно-огневое земледелие может увеличить биоразнообразие лесов
Nature CE&E: Подсечно-огневое земледелие может увеличить биоразнообразие лесов
Ветряки и солнечные панели можно окупать с помощью майнинга биткоинов
Ветряки и солнечные панели можно окупать с помощью майнинга биткоинов
JMF: Завели ребенка — общайтесь ради него друг с другом, даже если вы не пара
JMF: Завели ребенка — общайтесь ради него друг с другом, даже если вы не пара
Создана платформа, решающая ключевые проблемы адресной доставки лекарств
Создана платформа, решающая ключевые проблемы адресной доставки лекарств
JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой
JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой
Скидки на овощи и низкокалорийные напитки приводят к увеличению их потребления
Скидки на овощи и низкокалорийные напитки приводят к увеличению их потребления
Лечение стволовыми клетками контролирует уровень сахара крови у людей с диабетом
Лечение стволовыми клетками контролирует уровень сахара крови у людей с диабетом

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса