Физики ННГУ им. Н.И. Лобачевского создали новый тип кубитов на основе искусственных атомов, что открывает перспективы для развития полупроводниковой платформы квантовых вычислений. Такие кубиты способны эффективно кодировать и обрабатывать квантовую информацию.
Исследователи впервые в России рассчитали условия для контроля сразу двух параметров кубита: заряда и его вращательного момента – спина, что открывает путь к созданию более стабильных и управляемых квантовых устройств.
«С помощью электрического поля мы управляем и зарядом, и вектором вращения кубита, что позволяет строить более сложные, но миниатюрные квантовые системы. Разработка базовых технологий для квантовых вычислений, включая гибридные кубиты на полупроводниковых гетероструктурах, является приоритетным направлением развития российской наноэлектроники. Реализация управляемых спин-зарядовых кубитов с динамической стабилизацией состояний может стать ключевым шагом в создании масштабируемых квантовых процессоров», – сообщила соавтор исследования доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Марина Бастракова.
Исследование также показало неизвестный ранее эффект спиновой памяти в гибридных кубитах. Контролируя состояние квантовых частиц с помощью электрического поля, возможно «запереть» кубит на определенном энергетическом уровне. Эффект позволяет сохранять квантовое состояние частицы на время, превышающее характерное время жизни спинового состояния. Это открывает новые перспективы для создания энергонезависимых элементов квантовой памяти с электрическим управлением, необходимых для развития полномасштабных квантовых компьютеров.
«Любая система стремится к минимуму энергии, частицы переходят на все более низкие уровни, поэтому зафиксировать нужные значения кубитов длительно почти невозможно, но нам это удалось. В переменном электрическом поле мы задержали кубит в нужном нам состоянии. За это время в квантовых приложениях можно успеть провести необходимые операции», – рассказал автор исследования, доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Денис Хомицкий.
Система реализована на основе арсенида галия – широко распространенного полупроводникового материала с хорошо изученными свойствами, что в будущем позволит масштабировать исследование и интегрировать разработку в различные типы квантовых устройств. В ближайших планах ученых – продолжение изучения эффекта спиновой памяти, оптимизация квантовых операций в гибридных спин-зарядовых кубитных регистрах и разработка методов коррекции квантовых ошибок, что необходимо для создания квантовых процессоров.
Проект выполнен учеными физического факультета Университета Лобачевского при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и в рамках государственного задания. Результаты опубликованы в ведущем международном журнале PhysicalReview B.
Информация предоставлена пресс-службой ННГУ им. Н.И. Лобачевского
Источник фото: ru.123rf.com
