Spinit hallintaan miljardin kubitin sirulla

UNSW Sydneyn insinöörit ovat löytäneet uuden tavan ohjata tarkasti yksittäisiä elektroneja, jotka sijaitsevat logiikkaportteja ohjaavissa kvanttipisteissä. Uusi mekanismi on myös vähemmän tilaa vievä ja vaatii vähemmän osia, mikä saattaa osoittautua välttämättömäksi piistä kehitettävien tehtyjen suuren mittakaavan kvanttitietokoneiden toteuttamiseksi.

Kvanttilaskentaa käynnistävien Diraqin ja UNSW:n insinöörien tekemä hurja löytö on kuvattu työhön osallistuneen Tuomo Tantun laatimalla tausta-artikkelilla Nature Portfolio -sivustolla.

"Tämä oli täysin uusi efekti, jota emme olleet koskaan ennen nähneet ja jota emme aluksi edes ymmärtäneet", sanoo tohtori Will Gilbert, Diraq -spin-off-yhtiöstä. "Mutta kävi nopeasti selväksi, että tämä oli uusi tehokas tapa hallita kvanttipisteen spinejä. Ja se oli erittäin jännittävää.”

Kubitit itsessään koostuvat yhden tai muutaman elektronin vangitsevista kvanttipisteistä. Elektronien tarkka ohjaus on välttämätöntä laskennan suorittamiseksi.

UNSW Engineeringin tohtori Tuomo Tanttu törmäsi omituiseen ilmiöön kokeillessaan erilaisia geometrisia yhdistelmiä jotka ohjaavat kvanttipisteitä, sekä erilaisia pieniä magneetteja ja antenneja, jotka ohjaavat niiden toimintaa.

"Yritin käyttää todella tarkasti kahden kubitin porttia, iteroin useilla eri laitteilla, hieman erilaisilla geometrioilla, erilaisilla materiaalipinoilla ja erilaisilla ohjaustekniikoilla", kertoo Tanttu. "Sitten tämä outo huippu ponnahti. Näytti siltä, että yhden kubitin pyörimisnopeus kiihtyi, jollaista en ollut koskaan nähnyt neljään vuoteen näiden kokeiden aikana.

Insinöörit ymmärsivät myöhemmin, että se, mitä oli löytynyt, oli uusi tapa manipuloida yksittäisen kubitin kvanttitilaa käyttämällä sähkökenttiä aikaisemmin käytettyjen magneettikenttien sijaan.

"Tämä on uusi tapa manipuloida kubitteja, ja sen rakentaminen on vähemmän tilaa vievää – ei tarvitse valmistaa kobolttimikromagneetteja tai antennia aivan kubittien viereen ohjausvaikutuksen luomiseksi", sanoi tohtori Gilbert. ”Se poistaa tarpeen sijoittaa ylimääräisiä rakenteita jokaisen portin ympärille. Joten sotkua on vähemmän."

Yksittäisten elektronien ohjaaminen häiritsemättä muita lähellä olevia on olennaista kvantti-informaation käsittelyssä piissä. On olemassa kaksi vakiintunutta menetelmää: elektronispinin resonanssi (ESR), jossa käytetään on-chip mikroaaltoantennia ja sähköinen dipolispinin resonanssi (EDSR), joka perustuu indusoituun gradienttimagneettikenttään. Äskettäin löydetty tekniikka tunnetaan nimellä "intrinsic spin-orbit EDSR".

"Normaalisti suunnittelemme mikroaaltoantennit tuottamaan puhtaasti magneettikenttiä", kertoo tohtori Tanttu. "Mutta tämä erityinen antennirakenne synnytti enemmän sähkökenttää kuin halusimme - mutta se osoittautui onnekkaaksi, koska löysimme uuden tehosteen, jonka avulla voimme manipuloida kubitteja."

Yliopiston tiedotteen otsikon miljardeista kubiteista vihjaavasta saavutuksesta, varsinaisen tutkimusraporttinsa päätelmissä tutkijat pitäytyvät maanläheisempään ilmaisuun, ”Tehokas täyssähköinen ohjaus parantaa skaalautuvan piikvanttilaskennan mahdollisuuksia.”

Aiheesta aiemmin:

Piitä ja virheenkorjausta