En ny studie indikerar hål på lösningen på avvägningar mellan operativ hastighet/koherens, potentiell uppskalning av qubits till en minikvantdator.

Kvantdatorer förutspås vara mycket mer kraftfulla och funktionella än dagens "klassiska" datorer.

Ett sätt att göra en kvantbit är att använda elektronens "snurr", som kan peka uppåt eller nedåt. För att göra kvantdatorer så snabba och energieffektiva som möjligt skulle vi vilja använda dem endast med hjälp av elektriska fält, som appliceras med vanliga elektroder.

Även om snurr normalt inte 'pratar' med elektriska fält, i vissa material kan spinn interagera med elektriska fält indirekt, och dessa är några av de hetaste materialen som för närvarande studeras inom kvantberäkning.

Interaktionen som gör att snurrar kan prata med elektriska fält kallas spin-orbit-interaktionen, och spåras ända tillbaka till Einsteins relativitetsteori.

Rädslan för kvantberäkningsforskare har varit att när denna interaktion är stark, varje ökning av driftshastigheten skulle kompenseras av en förlust i sammanhanget (i huvudsak hur länge vi kan bevara kvantinformation).

"Om elektroner börjar prata med de elektriska fälten som vi använder i labbet, det betyder att de också utsätts för oönskade, fluktuerande elektriska fält som finns i något material (allmänt kallat `` brus '') och elektronernas bräckliga kvantinformation skulle förstöras, "säger A/Prof Dimi Culcer (UNSW/FLEET), som ledde den teoretiska färdplanstudien.

"Men vår studie har visat att denna rädsla inte är motiverad."

"Våra teoretiska studier visar att en lösning nås genom att använda hål, som kan ses som frånvaron av en elektron, beter sig som positivt laddade elektroner. "

På det här sättet, en kvantbit kan göras robust mot laddningsfluktuationer som härrör från den solida bakgrunden.

Dessutom, den "sweet spot" där qubit är minst känslig för sådant brus är också den punkt där den kan drivas snabbast.

"Vår studie förutspår att en sådan punkt finns i varje kvantbit som består av hål och ger en uppsättning riktlinjer för experimenter för att nå dessa punkter i sina laboratorier, säger Dimi.

Att nå dessa punkter kommer att underlätta experimentella ansträngningar för att bevara kvantinformation så länge som möjligt. Detta kommer också att ge strategier för att "skala upp" kvantbitar - dvs. bygga en "array" med bitar som skulle fungera som en minikvantdator.

"Denna teoretiska förutsägelse är av avgörande betydelse för att skala upp kvantprocessorer och första experiment har redan utförts, "säger prof Sven Rogge från Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T)."

"Våra senaste experiment med hålqubits som använder acceptorer i kisel visade redan längre sammanhållningstider än vi förväntat oss, "säger A/prof Joe Salfi från University of British Columbia." Det är uppmuntrande att se att dessa observationer vilar på en fast teoretisk grund. Utsikterna för hål qubits är verkligen ljusa. "

Pappret, "Optimala driftpunkter för ultrasnabb, mycket sammanhängande Ge-hole spin-orbit qubits, "publicerades i Nature partner journal npj Quantum Information i april 2021.