Udnyttelse af kraften ved spin-kredsløbskobling i silicium:Opskalering af kvanteberegning

Australske videnskabsmænd har undersøgt nye retninger for at opskalere qubits - ved at bruge spin-orbit-koblingen af ​​atom-qubits - og tilføjet en ny suite af værktøjer til våbenhuset.

Spin-kredsløbskobling, koblingen af ​​qubits' orbital- og spin-frihedsgrad, tillader manipulation af qubit via elektrisk, snarere end magnetiske felter. Brug af den elektriske dipolkobling mellem qubits betyder, at de kan placeres længere fra hinanden, derved give fleksibilitet i chipfremstillingsprocessen.

I en af ​​disse tilgange, udgivet i Videnskabens fremskridt , et hold videnskabsmænd ledet af UNSW professor Sven Rogge undersøgte spin-orbit-koblingen af ​​et boratom i silicium.

"Enkelte boratomer i silicium er et relativt uudforsket kvantesystem, men vores forskning har vist, at spin-orbit kobling giver mange fordele for at skalere op til et stort antal qubits i kvanteberegninger," siger professor Rogge, Programleder ved Center for Kvanteberegning og Kommunikationsteknologi (CQC2T).

I forlængelse af tidligere resultater fra UNSW-teamet, udgivet i sidste måned i Fysisk gennemgang X , Rogges gruppe har nu fokuseret på at anvende hurtig udlæsning af spin-tilstanden (1 eller 0) af kun to boratomer i et ekstremt kompakt kredsløb, der alle er hostet i en kommerciel transistor.

"Boratomer i silicium kobler sig effektivt til elektriske felter, muliggør hurtig qubit-manipulation og qubit-kobling over store afstande. Den elektriske interaktion tillader også kobling til andre kvantesystemer, åbner mulighederne for hybride kvantesystemer, siger Rogge.

Et andet stykke nyere forskning udført af professor Michelle Simmons' team ved UNSW har også fremhævet rollen af ​​spin-kredsløbskobling i atombaserede qubits i silicium, denne gang med phosphor atom qubits. Forskningen blev for nylig offentliggjort i npj Kvanteinformation .

Undersøgelsen afslørede overraskende resultater. For elektroner i silicium - og især dem, der er bundet til fosfordonor-qubits - blev spin-kredsløbskontrol almindeligvis betragtet som svag, giver anledning til sekunder lange spin-levetider. Imidlertid, de seneste resultater afslørede en hidtil ukendt kobling af elektronspin til de elektriske felter, der typisk findes i enhedsarkitekturer skabt af kontrolelektroder.

"Ved omhyggelig justering af det eksterne magnetfelt med de elektriske felter i en atomisk konstrueret enhed, vi fandt et middel til at forlænge disse spin-levetider til minutter, " siger professor Michelle Simmons, Direktør, CQC2T.

"I betragtning af de lange spinkohærenstider og de teknologiske fordele ved silicium, denne nyopdagede kobling af donorspin med elektriske felter giver en vej for elektrisk drevne spinresonansteknikker, lover høj qubit-selektivitet, " siger Simmons.

Begge resultater fremhæver fordelene ved at forstå og kontrollere spin-kredsløbskobling til storskala kvanteberegningsarkitekturer.

Kommercialisering af silicium quantum computing IP i Australien

Siden maj 2017, Australiens første kvantecomputervirksomhed, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), har arbejdet på at skabe og kommercialisere en kvantecomputer baseret på en suite af intellektuel ejendom udviklet ved Australian Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T). Dens mål er at producere en 10-qubit prototypeenhed i silicium i 2022 som forløberen til en kommerciel skala siliciumbaseret kvantecomputer.

Udover at udvikle sin egen proprietære teknologi og intellektuel ejendomsret, SQC vil fortsætte med at arbejde med CQC2T og andre deltagere i de australske og internationale Quantum Computing-økosystemer, at bygge og udvikle en silicium kvantecomputerindustri i Australien og, ultimativt, at bringe sine produkter og tjenester til globale markeder.