Spin-kubitin vakaa luenta

Koejärjestely, jossa viereistä kvanttipistettä (punainen) käytetään välittäjänä alkuperäiselle kvanttipisteelle (sininen).

Ryhmä tutkijoita Japanin RIKEN Center for Emergent Matter Science -keskuksesta, on onnistunut toteuttamaan toistuvat elektronin spinin mittaukset piin kvanttipisteessä (QD) spiniä muuttamatta.

Tämäntyyppinen "ei-purkava" -mittaus on tärkeä vikasietoisten kvanttitietokoneiden luomiseksi.

Kvanttitietokoneet, jotka käyttävät yksittäisen elektronin spiniä piillä olevassa kvanttipisteessä, nähdään houkuttelevina niiden potentiaalisen skaalautuvuuden vuoksi ja koska pii on jo tuttu materiaali elektroniikka- ja tietotekniikassa.

Suurin vaikeus kvanttitietokoneiden kehittämisessä on se, että ne ovat erittäin herkkiä ulkoisille häiriöille, joten virheenkorjaus on kriittinen toiminto.

Toistaiseksi tutkijat ovat onnistuneet kehittämään piin kvanttipisteissä olevia yhden elektronin spinejä, joilla on pitkä informaation säilyttämisaika ja erittäin tarkka kvanttitoiminto. Mutta kvanttimainen ei-purkava mittaus, joka on avain tehokkaaseen virheenkorjaukseen, on osoittautunut vaikeaksi.

Tavanomainen menetelmä yksittäisten elektronin spinin lukemiseksi piiltä on muuntaa spinit varauksiksi, jotka voidaan nopeasti havaita, mutta valitettavasti havaitsemisprosessi vaikuttaa elektronien spiniin.

Nyt RIKEN ja University of New South Walesin ja Tokyo Institute of Technologyn muodostama tutkijatiimi on saavuttanut spiniä häiritsemättömän mittauksen.

Tärkein oivallus, jonka avulla ryhmä pystyi etenemään, oli Ising-tyyppisen vuorovaikutusmallin käyttö. Tällainen ferromagnetismin malli osoittaa kuinka vierekkäisten atomien elektronin spinit kohdistuvat, mikä johtaa ferromagneettisuuden muodostumiseen koko hilassa.

Pohjimmiltaan he pystyivät siirtämään kvanttipisteen elektronin spinin suuntainformaation toiseen naapurissa olevan kvanttipisteen elektroniin käyttämällä Ising-tyyppistä vuorovaikutusta magneettikentässä ja sitten he pystyivät mittaamaan naapurin spiniä käyttämällä tavanomaista menetelmää. Näin he saattoivat jättää alkuperäiseen spiniin vaikuttamatta ja voivat suorittaa toistuvia ja nopeita naapurin mittauksia.

"Tämän avulla", selittää tutkimusryhmää vetänyt Seigo Tarucha, "pystyimme saavuttamaan purkamattomasti 99%:n toistettavuuden ja toistuvia mittauksia käyttämällä saavutettiin 95%:n luentatarkkuus. Olemme myös osoittaneet, että teoreettisesti tämä voitaisiin nostaa 99,6%:iin."

Tarucha jatkaa: "Tämä on erittäin jännittävää, koska jos voimme yhdistää työmme erittäin toistettaviin yksi- ja kaksikubittisiin portteihin, joita parhaillaan kehitetään, voisimme mahdollisesti rakentaa erilaisia vikasietoisia kvantti-informaation käsittelyjärjestelmiä käyttämällä piin kvantti-pisteiden alustaa."

Aiheesta aiemmin: Integroidun kvanttipiirin toiminta mahdollista