Наделали дырок: ученые усовершенствовали квантовые вычислители за счет квазичастиц

Вычислительные возможности современных суперкомпьютеров могут поражать воображение, но ожидается, что квантовые компьютеры превзойдут даже самые мощные из этих машин. Благодаря огромному объему памяти и скорости работы, квантовые компьютеры смогут решать проблемы, которые в настоящее время не под силу ни одному процессору.

Европейские исследователи, работающие в рамках проектов MaGnum и microSPIRE, финансируемыми ЕС, разработали потенциально новую кубитную систему, использующую вращение так называемых "дыр". О своих достижениях они сообщили в статье, опубликованной Nature Materials, передает hpcwire.com.

Полупроводники состоят из искусственных квазичастиц, представляющих собой совокупность электронов и дырок. Дырками принято называть носители положительного заряда, равного элементарному заряду, в полупроводниках. Хотя дырки не являются настоящими частицами, у них есть много общих свойств с электронами. Они взаимодействуют, когда подходят друг к другу, и они также обладают квантово-механическим свойством спина (спин — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с движением, перемещением или вращением частицы как целого, — ред.).

Дыры в таких материалах, как металлоидный германий, являются отличными кандидатами на роль спиновых кубитов. Ученые построили наноструктуру из различных слоев германия и кремния, что позволило им ограничивать дырки двумерной областью.

Ведущий автор исследования Даниэль Жировец из Института науки и технологий Австрии, координатор проекта MaGnum, рассказал о своем сотрудничестве с Лабораторией эпитаксии наноструктур и спинтроники на кремнии L-NESS при Политехническом университете Милана. "Наши коллеги из L-NESS уложили друг на друга несколько различных смесей кремния и германия толщиной всего несколько нанометров. Это позволило ограничить отверстия слоем, богатым германием, в середине. Сверху мы добавили крошечные электрические провода — так называемые ворота — для управления движением отверстий путем подачи на них напряжения. В итоге электрически положительно заряженные дырки реагировали на напряжение и могли очень точно перемещаться внутри своего слоя".

Исследовательская группа использовала эту технику, чтобы максимально приблизить две дыры друг к другу, что помогло бы им взаимодействовать во время вращения и образовать спиновый кубит. Что еще более важно, они смогли создать кубит из двух взаимодействующих спинов дырок, используя менее 10 миллитеслей напряженности магнитного поля.

"Используя нашу установку из слоистого германия, мы можем уменьшить необходимую напряженность магнитного поля и, следовательно, разрешить комбинацию нашего кубита со сверхпроводниками, обычно сдерживаемую сильными магнитными полями", — заявил Джировец, отмечая важность этого достижения.

Ранее мы сообщали о том, что в Китае создали революционный квантовый компьютер. кКвантовый процессор за час справился с задачей, которую классические суперкомпьютеры решали бы более восьми лет.