|
Начали использовать магниты, чтобы запутывать кубиты
|
|
|
|
Исследователи начали использовать магниты, чтобы запутывать кубиты — строительные блоки квантовых компьютеров. Этот простой метод может раскрыть сложные возможности. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы открыть дверь гаража, она не открывает все гаражные ворота в округе. Это потому, что механизм открывания и дверь общаются на определенной микроволновой частоте, которую не использует ни одна другая соседняя дверь. Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Чикагского университета, Университета Айовы и Университета Тохоку в Японии начали разрабатывать устройства, которые могли бы использовать те же принципы — отправку сигналов через магниты, а не по воздуху. соединить отдельные кубиты внутри чипа, как сообщается в новой статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
|
|
|
|
«Это доказательство концепции масштабируемой и надежной квантовой технологии, использующей обычные материалы, при комнатной температуре», — сказал Дэвид Авшалом, профессор молекулярной инженерии и физики семьи Лью в Притцкеровской школе молекулярной инженерии Чикагского университета; директор Чикагской квантовой биржи; директор Q-NEXT, Национального исследовательского центра квантовой информатики Министерства энергетики США, расположенного в Аргонне; и главный исследователь проекта. «Красота этого эксперимента заключается в его простоте и использовании хорошо зарекомендовавших себя технологий для разработки и, в конечном итоге, запутывания квантовых устройств.
|
|
|
Соединение кубитов посредством квантовой запутанности необходимо для создания квантового компьютера, но зачастую это может быть непросто. Что касается центров азотных вакансий (NV) — дефектов в алмазе, которые можно использовать в качестве кубитов, — проблема заключается в том, что для того, чтобы общаться друг с другом, они должны находиться очень, очень близко друг к другу. Нормальное квантовое взаимодействие между NV-центрами имеет максимальный диапазон всего в несколько нанометров — одну тысячную ширины волоса — и когда NV-центры расположены так близко друг к другу, их невозможно сконструировать в полезную конфигурацию. «Вам нужно уметь достать там все, что нужно, чтобы соединить провода и сделать устройство», — сказал Майкл Флатте, профессор физики и астрономии в Университете Айовы, который внес свой вклад в эту работу. Флатте также является главным научным сотрудником компании квантовых технологий QuantCAD LLC, корпоративного партнера Чикагской квантовой биржи. «А нанометры для этого слишком близки».
|
|
|
|
Вот тут-то и приходят на помощь магниты. Два года назад Флатте и его коллеги опубликовали теоретическую статью, в которой предлагалось использовать магнитный материал для создания квантовой связи между NV-центрами, чтобы они могли запутываться, находясь дальше друг от друга. Обычное взаимодействие между двумя центрами NV происходит с помощью микроволн. В предлагаемом устройстве магнит принимает микроволновое излучение от центра НВ и передает его через «магнон» к НВ на другой стороне. В магните спины всех электронов внутри него направлены в одном направлении, как стебли зерна, направленные вверх. Магнон — это небольшое волновое возмущение, проходящее через эти вращения, подобное волне, которую ветер поднимает по зерновому полю. Магноны могут двигаться гораздо дальше, чем нанометры — даже в тысячу раз дальше, на многие микрометры.
|
|
|
|
«Микрометрическая шкала довольно интересна, потому что это типичная шкала многих интегрированных электронных устройств, таких как кремниевые транзисторы в компьютерных чипах», — сказал Флатте. «Поэтому, если бы вы создавали вещи такого размера, вы могли бы разместить их разумное количество на чипе». Соединение NV-центральных кубитов с магнитами также обеспечивает избирательное взаимодействие: если два кубита в квантовом компьютере общаются на немного разной частоте, они могут запутываться, не нарушая и не подвергаясь влиянию других кубитов, даже если между ними были другие кубиты. Эта возможность чрезвычайно важна для той сложной работы, которую ученые хотят выполнять с помощью квантовых компьютеров. Этот эксперимент Авшалома и его сотрудников успешно подтвердил, что NV-центр может «разговаривать» с магнитным материалом, передавая свое микроволновое излучение как магнон. Кроме того, цифры почти идеально совпали с предсказаниями в теоретической статье два года назад.
|
|
|
|
«Эта работа представляет собой хорошее сочетание эксперимента и теории», — сказал Масая Фуками, первый автор статьи. Во время эксперимента Фуками работал постдоком в Притцкеровской школе молекулярной инженерии в Калифорнийском университете в Чикаго, а сейчас работает в компании квантовых вычислений PsiQuantum. «Я был очень впечатлен тем, насколько хорошо модель предсказала эксперимент. Это вселяет в меня большую уверенность в этой системе». Теперь, когда они установили, что NV-центр может общаться с магнитом, следующим шагом будет размещение еще одного NV-центра на другой стороне и посмотреть, сможет ли магнит опосредовать квантовую связь между ними. «Это первый способ интеграции с магнитами», — сказал Флатте. «Я думаю, что это действительно мощный подход, который в принципе можно применить и к другим системам твердотельных кубитов».
|
|
|
|
Источник
|
