Ученые из университета Питсбурга и Дельфского университета технологий разработали новый метод контролирования когеренции квантовых битов, тем самым приближаясь ещё на шаг к созданию первого высокоскоростного квантового компьютера.

Недавние исследования предлагают новые возможности использования наноразмерных полупроводниковых элементов для построения былее скоростных компьютеров и электроники.

Исследователи открыли новую методику, которая лучше предыдущих сохраняет квантовые биты — «кубиты», необходимые элементы сверх скоростной электроники. Спины дырок, в отличии от спинов электронов, могут содержать квантовые биты в том-же самом физическом состоянии до 10 раз дольше.

«Ранее, наша группа как и другие, использовала электронные спины, но проблема была в том, что они взаимодействовали с ядерными спинами атомов, и таким образом, было сложно сохранить направление и контроль над спинами электронов», сообщил Сергей Фролов, доцент кафедры физики и астрономии.

Там, где нормальные вичислительные биты содержат информацию 0 или 1, кубиты находятся в смешанном состоянии обоих положений. Это то качество, которое позволяет одним и тем-же кубитам участвовать в многих вычислениях одновременно, предоставляя экспоненциальную скорость вычислений по сравнению с обычными компьютерными битами. Однако, поддержание состояния кубита на достаточно длительный промежуток времени для проведения вычислений является актуальной проблемой современной физики.

«Чтобы создать жизнеспособный квантовый компьютер, необходимо сначала продемонстрировать долгоживущие кубиты «, сообщил Фролов. «С нашей работой, мы приблизились к этой цели ещё на один шаг».

Как пояснил Фролов, дыры — пустые места, которые остались после изъятия электронов. Используя сверхтонкие нитевидные провода из антимонида индия (InSb) исследователи создали устройство на подобии транзистора, которое может трансформировать электроны в дыры. Потом они точно разместили в нанообласти, называемой «квантовой точкой» одну дыру и контролировали спин этой дыры с помощью электрических полей. Этот подход имеет больше преимуществ по сравнению с традиционными методами, основанные на магнитном управлении.

«Наши исследования показывают, что дыры, или иначе — пустые пространства, лучше подходят для создания кубитов будущих квантовых компьютеров, чем электроны».

«Спины — самые маленькие магниты в нашей вселенной. Наше видение квантовых компьютеров — это соединение из тысяч спинов, и теперь мы знаем, как контролировать единичные спины», сказал Фролов. «В будущем, мы бы хотели расширить эту концепцию на многочисленные кубиты».