A svájci University of Basel és a The National Center of Competence in Research (NCCR) SPIN kutatóinak köszönhetően sikerült megvalósítani az első, szabályozható kettős lyuk-spin kvantumbit kölcsönhatást egy hagyományos szilícium tranzisztoron.
Az áttörés megnyitja az utat a több millió kvantumbit egyetlen chipre történő integrálása előtt, kiforrott gyártási eljárásokkal. Ahhoz, hogy a gyakorlati kvantumszámítógépek valósággá váljanak, az ehhez hasonló áttörések elengedhetetlenek lesznek.
A kvantumszámítógépek alapvető építőköveit a kvantumbitek alkotják, amelyek az adatok feldolgozásáért, továbbításáért és tárolásáért felelősek. Ahhoz, hogy egy kvantumszámítógép pontosan működjön, a kvantumbiteknek képesnek kell lenniük az információ megbízható tárolására, miközben gyorsan feldolgozzák azt. Ehhez stabil és gyors kölcsönhatásokra van szükség sok kvantumbit között, amelyek állapota a rendszeren kívül manipulálható és irányítható. Ennek érdekében a kvantumszámítógépeknek képesnek kell lenniük több millió kvantumbit elhelyezésére egyetlen chipen, hogy a gyakorlati alkalmazásokban hasznosak legyenek.
Millió kvantumbit egy chipen
A mai legfejlettebb kvantumszámítógépek azonban csak néhány száz ilyet tudnak kezelni. Ez azt jelenti, hogy csak olyan számításokat tudnak elvégezni, amelyek már a hagyományos számítógépeken is lehetségesek. Ennek kiküszöbölésére az University of Basel és az NCCR SPIN csapata azon dolgozik, hogy megoldja a több ezer ilyen kvóta elrendezésének és összekapcsolásának problémáját. A csapat egy olyan kvantumbithez fordult, amely az elektron vagy lyuk spinjét (belső szögimpulzusát) használja fel ehhez.
Ezek a „lyukak” lényegében hiányzó elektronok egy félvezetőben. Mind a lyukak, mind az elektronok rendelkeznek spinnel („perdülettel”), amely kétféle állapotot vehet fel: felfelé vagy lefelé. A kvantumszámítógépekben ezek úgy viselkednek, mint a klasszikus bináris bitekben a 0-k és 1-ek. Az elektronspinnel ellentétben a lyukspin teljes mértékben elektromosan szabályozható olyan kiegészítő alkatrészek nélkül, mint a chip mikrómágnesei.
„A lyukspinek lehetővé teszik számunkra, hogy olyan kettős-kvantumbites kapukat hozzunk létre, amelyek egyszerre gyorsak és nagy hűségűek. Ez az elv mostantól nagyobb számú kvantumbitpár összekapcsolását is lehetővé teszi”,
magyarázta Dr. Andreas Kuhlmann, a csapat vezetője.
Fontos lépés a gyakorlati kvantumszámítástechnika felé
A két spin kvantumbit összekapcsolása a csere kölcsönhatásuk révén valósul meg, amikor két megkülönböztethetetlen részecske elektrosztatikusan kölcsönhatásba lép egymással. Érdekes módon a lyukak csereenergiája nemcsak elektromosan szabályozható, hanem erősen anizotróp is. Ez az úgynevezett „spin-orbit csatolásnak” köszönhető, ami azt jelenti, hogy egy lyuk térbeli mozgása befolyásolja a spinállapotát.
„Az anizotrópia lehetővé teszi a két kvantumbites kapukat a sebesség és a hűség közötti szokásos kompromisszum nélkül. A lyukspineken alapuló kvantumbitek nem csak a szilíciumchipek kipróbált és bevált gyártását használják ki, hanem nagymértékben skálázhatók is, és a kísérletekben gyorsnak és robusztusnak bizonyultak” ,
tette hozzá Dr. Kuhlmann.
A tanulmány a Nature Physics című folyóiratban jelent meg.
(forrás)
