Qubits sammensat af huller kan være tricket til at bygge hurtigere, større kvantecomputere

En ny undersøgelse indikerer huller i løsningen på driftshastighed/sammenhæng afvejning, potentiel opskalering af qubits til en mini-kvantecomputer.

Kvantecomputere forudsiges at være meget mere kraftfulde og funktionelle end nutidens 'klassiske' computere.

En måde at lave en kvantebit på er at bruge elektronens 'spin', som kan pege enten op eller ned. For at gøre kvantecomputere så hurtige og strømeffektive som muligt vil vi gerne betjene dem ved hjælp af kun elektriske felter, som påføres ved hjælp af almindelige elektroder.

Selvom spin normalt ikke 'taler' til elektriske felter, i nogle materialer kan spins indirekte interagere med elektriske felter, og disse er nogle af de hotteste materialer, der i øjeblikket studeres inden for kvantecomputing.

Den interaktion, der gør det muligt for spins at tale med elektriske felter, kaldes spin-orbit-interaktionen, og spores helt tilbage til Einsteins relativitetsteori.

Frygten for kvantecomputerende forskere har været, at når denne interaktion er stærk, enhver gevinst i driftshastighed ville blive opvejet af et tab i sammenhæng (hovedsageligt hvor længe vi kan bevare kvanteinformation).

"Hvis elektroner begynder at tale med de elektriske felter, vi anvender i laboratoriet, det betyder, at de også udsættes for uønskede, svingende elektriske felter, der findes i ethvert materiale (generelt kaldet `` støj ''), og disse elektroners skrøbelige kvanteinformation ville blive ødelagt, "siger A/Prof Dimi Culcer (UNSW/FLEET), der ledede den teoretiske køreplanundersøgelse.

"Men vores undersøgelse har vist, at denne frygt ikke er berettiget."

"Vores teoretiske undersøgelser viser, at der opnås en løsning ved at bruge huller, som kan betragtes som fraværet af en elektron, opfører sig som positivt ladede elektroner. "

På denne måde, en kvantebit kan gøres robust mod ladningssvingninger, der stammer fra den solide baggrund.

I øvrigt, det 'søde sted', hvor qubit er mindst følsom over for sådan støj, er også det punkt, hvor det kan betjenes hurtigst.

"Vores undersøgelse forudsiger, at et sådant punkt findes i hver kvantebit, der er lavet af huller, og giver et sæt retningslinjer for eksperimentelle eksperter for at nå disse punkter i deres laboratorier, "siger Dimi.

At nå disse punkter vil lette eksperimentelle bestræbelser på at bevare kvanteinformation så længe som muligt. Dette vil også give strategier til 'opskalering' af kvantebits - dvs. opbygning af et 'array' af bits, der ville fungere som en mini-kvantecomputer.

"Denne teoretiske forudsigelse er af afgørende betydning for opskalering af kvanteprocessorer, og de første forsøg er allerede blevet udført, "siger professor Sven Rogge fra Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T)."

"Vores nylige eksperimenter med hulqubits ved hjælp af acceptorer i silicium viste allerede længere sammenhængstider, end vi havde forventet, "siger A/prof. Joe Salfi fra University of British Columbia." Det er opmuntrende at se, at disse observationer hviler på et fast teoretisk grundlag. Udsigterne til hul qubits er virkelig lyse. "

Papiret, "Optimale betjeningspunkter for ultrahurtig, meget sammenhængende Ge hul spin-kredsløb qubits, "blev offentliggjort i Nature partner journal npj Quantum Information i april 2021.