Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin

14.01.2020

Princeton-pii-kvanttibitit-300-t.jpgPiillä olevan elektronin spiniin tukeutuva kvanttibitti (esitetty ruudussa) voi kommunikoida toisen kvanttibitin kanssa, joka sijaitsee sirulla huomattavan etäisyyden päässä. Ominaisuus voisi mahdollistaa yhteydet useiden kvanttibittien välillä monimutkaisten laskelmien suorittamiseksi. Image by Felix Borjans, Princeton University

Princetonin yliopiston tieteilijät ovat osoittaneet, että kaksi piihin tukeutuvaa spin-kubittia voivat olla vuorovaikutuksessa, vaikka ne olisivat sirulla suhteellisen kaukanakin toisistaan.

"Mahdollisuus lähettää viestejä jonkin etäisyyden yli piisirulla avaa uusia ominaisuuksia kvanttitekniikallemme", kertovat Princetonin fysiikan professori Eugene Higgins ja tutkimuksen johtaja Jason Petta.

"Mahdollisena tavoitteena on, että kaksi kvanttibittiä järjestetään kaksiulotteiseen verkkoon, joka voi ajaa entistäkin monimutkaisempia laskelmia. Tutkimus voisi auttaa pitkällä tähtäimellä parantamaan kubittien viestintää sekä sirulla että sirulta toiselle."

Nykyisten kvanttitietokoneiden prototyyppien kubitit on tuotettu suprajohtavilla piireillä mutta monet teknikot pitävät piipohjaisia kubitteja pitkällä aikavälillä lupaavimpana.

Piihin tukeutuvat spin-kubitit säilyttävät kvanttitilansa pidempään kuin kilpailevat tekniikat ja tuttuna materiaalina piipohjaisia kubitteja voitaisiin valmistaa edullisemmin.

"Kytkentöjen toteuttaminen useiden kubittien välillä on suurin haaste kohti suuren mittakaavan kvanttitietokonetta", kommentoi Intelin kvanttilaitteistojen johtaja James Clarke, jonka tiimi rakentaa pii-kubitteja käyttämällä yhtiönsä uusinta valmistuslinjaa. Hän ei ollut mukana tutkimuksessa. "Jason Pettan ryhmä on tehnyt hienoa työtä todistaakseen, että spinkubitteja voidaan kytkeä pitkillä matkoilla."

Tämän saavuttamiseksi Princetonin joukkue yhdisti kubitit "johdolla", joka tässä tapauksessa on kapea ontelo, joka sisältää yhden fotonin, joka poimii viestin yhdeltä kubitilta ja välittää sen seuraavalle kubitille.

Kubitit sijaitsivat neljän millimetrin etäsyydellä toisistaan. Keskeinen askel oli löytää tapa saada kubitit ja fotoni puhumaan samaa kieltä virittämällä kaikki kolme värähtelemään samalla taajuudella. Ryhmä onnistui virittämään molemmat kubitit toisistaan riippumatta kytkemällä ne edelleen fotoniin. Aikaisempi arkkitehtuuri salli vain yhden kubitin kytkemisen fotoniin kerrallaan.

Jokainen kubitti koostuu yhdestä elektronista, joka on loukussa kaksinkertaisessa kvanttipisteessä. Täräyttämällä elektronia mikroaaltokentällä, tutkijat voivat kääntää sen spiniä ylös tai alas suunnatakseen kubitin kvanttitilan 1 tai 0.

"Tämä on ensimmäinen osoitus elektronien spinien lomittamisesta piillä, jotka on erotettu toisistaan huomattavasti suuremmilla etäisyyksillä kuin rakenteet joissa ne ovat ", kertoo Thaldeus Ladd, HRL Laboratoriesin vanhempi tutkija ja hankkeen yhteistyökumppani.

"Tämä on tärkeä todiste mahdollisuudesta piikubiteille, koska se lisää huomattavasti joustavuutta tällaisten kubittien kytkemisessä ja sijoittamisessa geometrisesti tulevaisuuden piipohjaisiin kvanttimikrosiruihin"

Aiheesta aiemmin:

Elektronin ja fotonin small talk

Laveampaa kvantti-informaation vaihtoa

Tuttu pii houkuttaa kvanttitietotekniikkaa

16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät
14.01.2020Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin
13.01.2020Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille
10.01.2020Hiukkaskiihdytin mikropiirille
09.01.2020Biologista energiantuottoa
08.01.2020Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla
07.01.2020Kohti spintronisia MRAM-muisteja
07.01.2020Tehokas litium-rikki akku
03.01.2020Pieniä parannuksia litiumioni-akuille

Siirry arkistoon »