Kvantdatorer, datorenheter som utnyttjar principerna för kvantmekanik, skulle kunna överträffa klassisk datoranvändning på vissa komplexa optimerings- och bearbetningsuppgifter. I kvantdatorer ersätts klassiska informationsenheter (bitar), som antingen kan ha värdet 1 eller 0, med kvantbitar eller qubitar, som kan vara i en blandning av både 0 och 1 samtidigt.
Qubits har hittills realiserats med hjälp av olika fysiska system, allt från elektroner till fotoner och joner. Under de senaste åren har vissa kvantfysiker experimenterat med en ny typ av qubits, kända som Andreev spin qubits. Dessa qubits utnyttjar egenskaperna hos supraledande och halvledarmaterial för att lagra och manipulera kvantinformation.
Ett team av forskare vid Delft University of Technology, ledda av Marta Pita-Vidal och Jaap J. Wesdorp, visade nyligen den starka och avstämbara kopplingen mellan två avlägsna Andreev-spin-qubits. Deras artikel, publicerad i Nature Physics , skulle kunna bana väg för effektiv realisering av två-qubit-grindar mellan avlägsna snurr.
"Det senaste arbetet är i huvudsak en fortsättning på vårt arbete som publicerades förra året i Nature Physics ", Christian Kraglund Andersen, motsvarande författare till tidningen, berättade för Phys.org. "I detta tidigare arbete studerade vi en ny typ av qubit som kallas en Andreev spin qubit, som också tidigare demonstrerats av forskare vid Yale."
Andreev spin qubits utnyttjar samtidigt de fördelaktiga egenskaperna hos både supraledande och halvledar qubits. Dessa qubits skapas i huvudsak genom att bädda in en kvantpunkt i en supraledande qubit.
"Med den nya qubit etablerad var den naturliga nästa frågan om vi kunde koppla två av dem," sa Andersen. "En teoretisk artikel publicerad 2010 föreslog en metod för att koppla två sådana qubits, och vårt experiment är det första experimentet som realiserar detta förslag i den verkliga världen."
Som en del av sin studie tillverkade Andersen och hans kollegor först en supraledande krets. Därefter deponerade de två halvledarnanotrådar ovanpå denna krets med hjälp av en exakt kontrollerad nål.
"Sättet vi designade kretsen på, skapade de kombinerade nanotrådarna och supraledande kretsarna två supraledande slingor," förklarade Andersen. "Den speciella delen av dessa slingor är att en del av varje slinga är en halvledarkvantprick. I kvantpunkten kan vi fånga en elektron. Det coola är att strömmen som flyter runt slingorna nu kommer att bero på spinn av den fångade elektronen Den här effekten är intressant, eftersom den tillåter oss att kontrollera en superström av miljarder Cooper-par med ett enda snurr."
Den kombinerade strömmen av de två kopplade supraledande slingorna som realiseras av forskarna beror i slutändan på spinnet i båda kvantprickarna. Detta innebär också att de två snurren är kopplade via denna superström. Anmärkningsvärt är att denna koppling också enkelt kan styras, antingen via magnetfältet som löper genom slingorna eller genom att modulera gate-spänningen.
"Vi visade att vi verkligen kan koppla snurr över "långa" avstånd med en supraledare," sa Andersen. "Vanligtvis sker spin-spin-koppling endast när två elektroner är mycket nära varandra. När man jämför qubit-plattformar baserade på halvledare med de baserade på supraledande qubits, är detta krav på närhet en av de arkitektoniska nackdelarna med halvledare."
Supraledande qubits är kända för att vara skrymmande och tar därför upp mycket utrymme i en enhet. Det nya tillvägagångssättet som introducerats av Andersen och hans kollegor möjliggör större flexibilitet i utformningen av kvantdatorer, genom att möjliggöra koppling av qubits över långa avstånd och packning av dem närmare varandra.
Denna senaste studie kan snart öppna nya möjligheter för utveckling av högpresterande kvantberäkningsenheter. I sina nästa studier planerar forskarna att utöka sitt föreslagna tillvägagångssätt till ett större antal qubits.
"Vi har mycket goda skäl att tro att vårt tillvägagångssätt kan erbjuda betydande arkitektoniska framsteg för kopplingen av multipla spin-qubits," tillade Andersen. "Men det finns också experimentella utmaningar. De nuvarande koherenstiderna är inte särskilt bra, och vi förväntar oss att det nukleära spinnbadet för halvledaren som vi använde (InAs) är att skylla på. Så vi skulle vilja flytta till en renare plattform , till exempel baserat på germanium, för att öka koherenstiderna."
