Хотя спиновые квантовые компьютеры разрабатывались в небольших масштабах, до сих пор они производились только в контролируемой, чистой академической среде. В настоящее время это одно из препятствий, которое необходимо преодолеть, чтобы сделать квантовые компьютеры доступными и масштабируемыми.
Пытаясь решить эту проблему, исследователи из Копенгагенского университета вместе с партнерами из французской группы CEA-Leti работают вместе над новым методом изготовления квантовых компьютеров на основе электронного спина в промышленных условиях.
Кубит, который является квантово-механическим эквивалентом классического компьютерного бита, может быть получен множеством различных способов, включая поляризацию фотона, дискретный уровень энергии иона и спин электрона. В последние годы наблюдается большой интерес к кубитам на основе спина, где спиновая поляризация электрона кодирует битовое значение «1» или «0» кубита.
Одна из основных причин, по которой спиновые кубиты представляют такой интерес, заключается в том, что они очень слабо взаимодействуют с окружающей средой, а это означает, что на них нелегко воздействовать внешним шумом.
В классической электронике нельзя просто управлять спином отдельного электрона. Решение этой проблемы называется квантовой точкой, которая представляет собой искусственные наноразмерные кристаллы, которые могут переносить электроны. Квантовые точки в этом контексте можно рассматривать как средство удержания электроники в настолько маленькой области, что они начинают вести себя как отдельные атомы. К сожалению, реализация этой технологии в кремнии была сильно затруднена из-за большой эффективной массы, связанной с электронами в кремнии, 1,08 по сравнению с 0,57 для дырок.
В своей статье, опубликованной в Nature, исследователи показали способ создания кубитов на основе спина на основе квантовых точек в кремнии. Исследователи смогли использовать традиционные методы изготовления на основе кремниевых транзисторов, чтобы продемонстрировать «одноэлектронное заполнение всех четырех квантовых точек кремниевого устройства с разделенным затвором 2 x 2, полностью изготовленного с помощью процессов литья под 300-миллиметровые пластины».
Их технология требует архитектуры, состоящей из канала из нелегированного кремния, подключенного к сильно легированному истоку и стоку. Металлические затворы из поликремния частично перекрывают канал, создавая квантовые точки с контролируемым числом электронов. Этот метод позволяет каждой точке управлять одним электроном, используя методы импульсного напряжения затвора для проведения измерений и методы «однократного заряда» для выполнения считывания с помощью радиочастотной рефлектометрии. Важным аспектом этого исследования была возможность получить двумерный массив кубитов. Перевод кубитов во второе измерение, означающий, что каждый кубит может взаимодействовать друг с другом, важен для исправления ошибок в квантовых вычислениях.
Это исследование может отражать некоторые важные достижения в мире квантовых вычислений. Во-первых, доказав схему на основе кремния, исследование представило возможность изготовления квантовых компьютеров в литейном производстве, что является большим улучшением по сравнению с контролируемой академической средой. Это открывает возможность для производства этих компьютеров легко и в больших масштабах. Помимо этого, исследования смогли воплотить в жизнь двумерные массивы кубитов, что стало еще одной необходимостью для будущего квантовых вычислений.
© digitrode.ru