Tuttu pii houkuttaa kvanttitietotekniikkaa

Purduen ja Wisconsin-Madison yliopistojen sekä Delftin teknillisen korkeakoulun tutkimusryhmät ovat havainneet, että piillä on spin-orbit -vuorovaikutukset, jotka mahdollistavat kubittien sähköisen manipuloinnin ilman mitään keinotekoisia vaikuttajia.

"Elektronien spineihin koodatut kubitit ovat erityisen pitkäikäisiä piillä, mutta niitä on vaikea hallita sähkökentillä. Spin-orbit-vuorovaikutus on tärkeä nuppi sellaisten kubittien suunnittelussa, joiden perinteisesti ajateltiin olevan pieni tässä materiaalissa", toteaa Purduen sähkö- ja tietotekniikan tutkimusapulaisprofessori Rajib Rahman.

Spinin kiertoradan vuorovaikutuksen vahvuus, joka on elektronin spinin vuorovaikutus sen liikkeeseen, on tärkeä tekijä kubitin laadulle. Tutkijat löysivät merkittävämmän spin-orbit -vuorovaikutuksen kuin tavallisesti piin pinnalla, jossa kubitit sijaitsevat kvanttipisteissä.

Rahmanin laboratoriossa havaittiin, että tämä spin-orbit-vuorovaikutus on luonteeltaan anisotrooppinen - eli se riippuu ulkoisen magneettikentän kulmasta - ja se vaikuttaa voimakkaasti pinnan atomien yksityiskohtiin.

"Tätä anisotropiaa voidaan käyttää joko spin-orbit-vuorovaikutuksen voimakkuuden lisäämiseen tai minimoimiseen", toteavat tutkijat. Spin-orbitaalien vuorovaikutus vaikuttaa sitten kubittiin.

Sandia National Laboratoriesin tutkijoiden johdolla on osoitettu, että kvanttipisteen ja piin luovuttaja-atomin välillä on koherentti kytkentä, mikä on tärkeä pointti kvantti-tietokoneissa olevien tietojen siirtämiseksi.

Tutkijat integroivat onnistuneesti järjestelmien luovuttaja-atomit ja kvanttipisteet. Kehitystyön kulmakiveksi tutkijat osoittivat elektronin koherentin kytkennän fosfori luovuttaja-atomista ja metallioksidipuolijohteen QD elektroniin. Tämä lähestymistapa on edullinen. Se ei vaadi äärimmäistä sijoitustarkkuutta luovuttajan kytkemisen yhteydessä.

Tämän järjestelmän elektronisia tiloja ohjaa luovuttaja-atomin ydin spin, joka tarjoaa yksinkertaisen integroidun menetelmän vuorovaikutuksessa kubitin kanssa. Näin ollen ei ole tarpeen käyttää ylimääräisiä mikromagneetteja tai kvanttipisteitä.

Intelin tutkijat puolestaan testaavat uutta spin qubit -sirua. Uusi siru on luotu Intelin D1D Fab:ssa Oregonissa käyttäen yhtiön koeteltuja piikiekkotekniikoita.

Spin qubit -siru sisältää kubitteja, jotka voivat hyödyntää yhtä elektronia. Yhden elektronin käyttäytyminen mahdollistaa useiden spin-tilojen ylläpidon samanaikaisesti.