Австралийские инженеры открыли новый способ управлять электронами

Австралийские инженеры натолкнулись на новый способ управления электронами, которые играют ключевую роль в квантовых вычислениях. Прорыв может открыть дверь к созданию чипов квантовых компьютеров на миллиард кубитов.

Но прежде рассказа об учёных напомним о сути квантовых вычислений. Итак, компьютеры используют «биты» — двоичный код из цифр 0 и 1 для обработки информации. Но квантовый бит, он же кубит, существует в обоих состояниях одновременно. Кубиты позволяют компьютерам работать несоизмеримо быстрее, выполняя бесчисленные операции одновременно. Кубиты состоят из «квантовых точек», крошечных наноразмерных структур, которые захватывают один или несколько электронов. Управление вращением этих электронов — ключ к тому, чтобы заставить кубиты работать в сверхбыстром компьютере.



Исследователи из стартапа по квантовым вычислениям Diraq и Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney) обнаружили совершенно новый метод управления вращением электронов. Он основан не на магнитном поле, которое обычно использовали учёные. Команда не ожидала, что совершит прорыв в исследованиях, но их открытие может вскоре сделать возможным создание крупномасштабных кремниевых квантовых компьютеров. Исследователи не скрывают, что буквально натолкнулись на новое для них явление.

Уилл Гилберт, инженер по квантовым процессорам в Diraq, признался, что это был совершенно новый эффект, которого они никогда раньше не видели, и который поначалу не совсем поняли. Но быстро стало ясно, что это новый мощный способ управления спинами, то есть оборотами, в квантовой точке.

В 2020 году инженер-измеритель в Diraq Туомо Тантту экспериментировал с различными комбинациями наноразмерных устройств для управления квантовыми точками, а также крошечными магнитами и антеннами, которые управляют их работой. И тут произошло нечто странное.


— Туомо Тантту, инженер-измеритель в Diraq.



Позже исследователи поняли, что это может послужить новым способом управления квантовым состоянием отдельных кубитов. Причём вместо магнитных полей в этом процессе использовалось электрическое поле. С момента открытия команда совершенствовала свой уникальный квантовый процесс. При успешном продолжении это позволить Diraq создать компьютерный чип, который содержит миллиарды кубитов.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Nanotechnology, называют эту новую технику «внутренним спин-орбитальным EDSR». Уилл Гилберт пояснил, что новый способ управления кубитами менее громоздкий в сборке. Не нужно изготавливать кобальтовые микромагниты или антенну рядом с кубитами для управления. А также нет необходимости размещать дополнительные структуры вокруг каждого вентиля в оборудовании.

Учёные и инженеры называют создание работающего квантового компьютера «космической гонкой 21-го века». Такой компьютер позволит увеличить масштаб вычислений до невозможного пока уровня. И это должно привести к новым решениям, для которых обычным компьютерам требуются годы.