Трионный вычислитель

В новых квантовых точках квантовые состояния кубитов удается приготовить удивительно быстро, свободно ими манипулировать и рекордно долго оберегать от разрушения внешним шумом.

Интересные результаты получила команда физиков из Шеффилдского университета в Великобритании вместе с коллегами из Бразилии. В их новых квантовых точках квантовые состояния кубитов удается приготовить удивительно быстро, свободно ими манипулировать и рекордно долго оберегать от разрушения внешним шумом.

Как известно, к физическим реализациям единиц квантовой информации - кубитам - предъявляются весьма противоречивые требования. С одной стороны, нежный кубит, закодированный, например, в виде состояния спина квантовой частицы "вверх" или "вниз", должен быть надежно изолирован от внешнего теплового шума, а с другой - он должен хорошо "перепутываться" с другими кубитами, и им должно быть легко и удобно манипулировать так, чтобы реализовать алгоритм квантовых вычислений. Эти требования поставили в тупик многие научные группы, но обходные пути, например, комбинирующие электронику и фотонику, потихоньку все же находятся.

В шаге от квантового компьютера

В Шеффилде ученые изготовили квантовую точку - диск из арсенида индия-галлия диаметром 20 нм и толщиной 3 нм и поместили ее в фотодиод. Из-за малых размеров такой квантовой точки в нее надолго помещается лишь один электрон или дырка, и их спин может реализовать весьма стабильный кубит. Его начальное квантовое состояние создают подходящим лазерным импульсом, который рождает в квантовой точке пару из электрона и дырки. Одновременно с импульсом к диоду прикладывают напряжение, что заставляет электрон покинуть квантовую точку, оставляя в ней дырку со стабильной ориентацией спина. Спином можно манипулировать с помощью импульсов света с подходящей поляризацией или прикладывая внешнее магнитное поле. Такая дырка сохраняет свое квантовое состояние необычайно долго, выдерживая до ста тысяч манипуляций.

Считывать состояние дырочного кубита в конце вычислений тоже помогает диод. Для этого квантовую точку облучают пикосекундным лазерным импульсом с круговой поляризацией. Этот импульс способен создать трион - систему из двух дырок и электрона, рождая пару из электрона и дырки в дополнение к дырке, которая уже есть в квантовой точке. Но в квантовой точке у двух дырокне может быть одинаковой ориентации спинов, поэтому трион возникает только при определенной поляризации лазера, а его появление можно обнаружить по изменению тока через диод.

В ближайших планах ученых - изучить совместное действие внешнего магнитного поля и лазерных импульсов на квантовое состояние спина дырки в квантовой точке. Анализ непростого поведения такой системы весьма интересен и с чисто научной точки зрения.