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: Телеграм | Дзен | Вконтакте


Net&IT

Из слов в объем: Kandinsky 3D лепит модели на лету
Из слов в объем: Kandinsky 3D лепит модели на лету

Дизайнеры, инженеры, архитекторы — ...

Лишние узлы — долой: нейросеть научилась видеть главное в графах
Лишние узлы — долой: нейросеть научилась видеть главное в графах

Исследователи из Университета Кумамото ра...

Как ИИ выкручивается, когда не знает языковых правил
Как ИИ выкручивается, когда не знает языковых правил

Исследователи из Оксфорда и Allen In...

Банк для бизнеса доступен на российской мобильной ОС
Банк для бизнеса доступен на российской мобильной ОС

СберБизнес — мобильное приложение д...

От частного к общему: как алгоритмы учатся видеть связи между словами
От частного к общему: как алгоритмы учатся видеть связи между словами

В мире обработки естественного языка есть две&...

Заговор в пудре и шелках: как выжить при дворе Елизаветы Петровны
Заговор в пудре и шелках: как выжить при дворе Елизаветы Петровны

Студия Много Много игр выпустила новую ви...

Опасен ли искусственный интеллект для человечества
Опасен ли искусственный интеллект для человечества

Искусственный интеллект перестал быть фантасти...

Люди с ограниченной подвижностью смогут играть в VR
Люди с ограниченной подвижностью смогут играть в VR

Команда исследователей из Университета Ва...

Почти идеально: как квантовые компьютеры обходят суперкомпьютеры
Почти идеально: как квантовые компьютеры обходят суперкомпьютеры

Квантовые компьютеры могут решать задачи оптим...

Дипфейки научились дышать: как подделки имитируют сердцебиение
Дипфейки научились дышать: как подделки имитируют сердцебиение

Представьте мир, где дипфейки стали насто...

ИИ анализирует цветение злаков без помощи человека
ИИ анализирует цветение злаков без помощи человека

Ученые создали алгоритм, который учится сам&nb...

Социальный провал: как ИИ путает разговор с переходом улицы
Социальный провал: как ИИ путает разговор с переходом улицы

Оказывается, люди пока разбираются в соци...

Создана нейросеть для тестирования интерфейсов: как это работает
Создана нейросеть для тестирования интерфейсов: как это работает

Каждый день миллионы людей покупают товары, оп...

Диагноз от ChatGPT: почти как у терапевта, но без очереди
Диагноз от ChatGPT: почти как у терапевта, но без очереди

Использование генеративного ИИ для д...

Облака вместо складов: как ритейл выжимает максимум из цифры
Облака вместо складов: как ритейл выжимает максимум из цифры

Владимир Лебедев, директор по развитию би...

ИИ-Тесла против мультяшного Эйнштейна: кому вы поверите?
ИИ-Тесла против мультяшного Эйнштейна: кому вы поверите?

Если вы из 1,5 миллиарда пользовател...

ИИ на акустических волнах: тише едешь — дальше будешь
ИИ на акустических волнах: тише едешь — дальше будешь

Искусственный интеллект уже меняет нашу ж...

Цифровой соблазн: почему мы теряем голову от ИИ и как ее вернуть
Цифровой соблазн: почему мы теряем голову от ИИ и как ее вернуть

Эксперт по цифровым стратегиям Джулио Тос...

Море данных: физики доверили расчет жидкости ИИ
Море данных: физики доверили расчет жидкости ИИ

Искусственный интеллект уже изменил общес

Не биты, а кубиты: квантовые компьютеры играют в другой лиге
Не биты, а кубиты: квантовые компьютеры играют в другой лиге

Современные компьютеры, от смартфонов до&...

Квантовый мост: ученые соединили микроволны и свет в одном чипе
Квантовый мост: ученые соединили микроволны и свет в одном чипе

Физики из Гарвардской школы инженерии и&n...

40 000 точек вместо 12: наука усовершенствует слежение за взглядом
40 000 точек вместо 12: наука усовершенствует слежение за взглядом

Ученые из Университета Аризоны придумали,...

Поиск на сайте

ТОП - Новости мира, инновации

Аутичные и неаутичные люди общаются одинаково эффективно
Аутичные и неаутичные люди общаются одинаково эффективно
Шлем вместо таблетки: испытан неожиданный способ обмануть боль
Шлем вместо таблетки: испытан неожиданный способ обмануть боль
Луковицы в небе: что нашли ученые в выхлопе реактивных двигателей
Луковицы в небе: что нашли ученые в выхлопе реактивных двигателей
Зеленая смерть лагун: почему соленая вода убивает жизнь у берега
Зеленая смерть лагун: почему соленая вода убивает жизнь у берега
От слепых проб к точному расчету: переворот в создании электролитов
От слепых проб к точному расчету: переворот в создании электролитов
Толстый электрод — тонкий итог: водные батареи сдуваются при масштабировании
Толстый электрод — тонкий итог: водные батареи сдуваются при масштабировании
Как бактерии и гены помогают выращивать больше еды
Как бактерии и гены помогают выращивать больше еды
Жизнь среди зелени снижает тягу к курению и алкоголю
Жизнь среди зелени снижает тягу к курению и алкоголю
Диабет не спросит паспорт: почему взрослые с детской болезнью рискуют больше
Диабет не спросит паспорт: почему взрослые с детской болезнью рискуют больше
Разработан датчик, измеряющий объем молока при грудном вскармливании
Разработан датчик, измеряющий объем молока при грудном вскармливании

Новости компаний, релизы

Бактерии против грибов: как наука защищает картофель без химии
Овцы вместо мышей: как ученые нашли новый способ тестировать материалы для зубов
Пробирки, зелень и взрывы: фестиваль для тех, кто любит науку
Ход конем: в Шагонаре прошел первый шахматный турнир для дошколят
Не только Ярослав — Мудрый: кто сегодня двигает науку в Новгороде