Kubitteja laaksoissa, flip-floppina ja perovskiitissä

Elektronien spinit piin kvanttipisteissä ovat erinomaisia kubitteja, koska niillä on pitkät koherenssiajat ja hyvät porttitarkkuudet ja ne ovat yhteensopivia nykyisten puolijohteiden valmistustekniikoiden kanssa.

Yksittäisiin spineihin perustuvia kubitteja hallitaan elektronin spin-resonanssin (ESR) avulla. Rochesterin yliopiston tutkijoiden kehittämä uusi menetelmä voittaa tämän standardimenetelmän rajoitukset.

Rochesterin fysiikan apulaisprofessori John Nichol, hahmottelee uutta menetelmää elektronien spinin hallitsemiseksi piikvanttipisteissä tehokkaaksi tavaksi manipuloida informaatiota kvanttijärjestelmässä.

"Tutkimuksen tulokset tarjoavat lupaavan uuden mekanismin kubittien koherentille ohjaukselle, joka perustuu elektronien spiniin puolijohteiden kvanttipisteissä, mikä voisi tasoittaa tietä käytännöllisen piipohjaisen kvanttitietokoneen kehittämiselle", Nichol sanoo.

Nichol ja hänen kollegansa hahmottelema menetelmä perustuu ilmiöön nimeltä "spin-valley coupling", joka tapahtuu, kun piikvanttipisteissä olevat elektronit siirtyvät eri spin- ja laaksotilojen välillä. Kun elektronin spin-tila viittaa sen magneettisiin ominaisuuksiin, laakson tila viittaa eri ominaisuuteen, joka liittyy elektronin tilalliseen profiiliin.

Elektronispinin ohjaamiseen tarvittavaa spin-laakso kytkentävaikutusta ja spin- ja laaksotiloja manipulointiin käytetään jännitepulssia.

"Tämä koherentin ohjauksen menetelmä spin-laaksokytkennän avulla mahdollistaa yleisen kubittien hallinnan ja mahdollistaa meille uuden tavan käyttää piikvanttipisteitä kvanttitietokoneiden tietojen manipuloimiseen," Nichol sanoo.

Joku vuosi sitten UNSW:n professori Morellon ryhmä esitti uuden idean kvanttilaskennan arkkitehtuuriin: määrittelemällä kubitin elektronin ja sen atomin spinien yhdistelmän ylös-alas/alas-ylös –orientaatioista, mikä mahdollisti kubitin ohjaamisen pelkästään sähkökenttien avulla.

Nyt he ovat tehneet ideasta kokeellisen esittelyn ja tukijoiden mukaan se on myös lupaava strategia skaalautua suuriin kvanttiprosessoreihin. Nykyisin spin-kubitit ja elektronit yhdistetään lähes kosketusetäisyydelle toisistaan. tutkijoiden teoretisointi osoitti, että sähköinen ohjaus mahdollistaa että 200 nanometriä nanometriä on tarpeeksi kaukana erilaisten ohjaus- ja lukulaitteiden asettamiseen kubittien väliin, mikä helpottaa prosessorin kytkentöjen tekoa ja käyttöä.

Kiinalaisen Dalian Institute of Chemical Physicsin (DICP) professori Wu Kaifengin johtama tutkijatiimi raportoi äskettäin perovskiittikvanttipisteiden käytöstä kubittihallinan perustaksi. Kyse on ympäristöolosuhteissa tapahtuneesta täysin optisesta yksittäisen elektroniaukon spinin alustuksesta, manipuloinnista ja luennasta liuoskasvatetussa CsPbBr3-kvanttipisteissä.

Elektroniaukkojen spinit alustetaan alle pikosekuntisella elektronin poistolla jota seuraa ympyräpolarisoitu femtosekunnin pulssiheräte. Poikittainen magneettikenttä indusoi spin-prekession ja toinen off-resonanssi femtosekuntinen pulssi pyörittää koherentisti aukkospiniä voimakkaan valo-aine vuorovaikutuksen avulla.

Nämä toiminnot suorittavat lähes täydellisen kvanttitilan ohjauksen, jonka koherentti pyörimiskulma on lähellä π-radiaania, aukkospinien huoneenlämpötilassa, toteavat tutkijat raportissaan.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttipisteisiä ja nemaattisia kubitteja

"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa

Spinit hallintaan miljardin kubitin sirulla

Kubittien flip-flop