Kvantno računanje: Novi i perspektivni Kubit na mestu gde nema ničega

Kvantni računari sa obećanjima o stvaranju novih materijala i rešavanju nerešivih matematičkih zadataka, san su mnogih fizičara.

Novi dizajn spaja sve prednosti kubita

Sada se polako približavaju održivoj realizaciji u mnogim laboratorijama širom sveta. Ali još uvek postoje ogromni izazovi za savladavanje. Centralna je izgradnja stabilnih kvantnih bitova – osnovne jedinice kvantnog izračunavanja, skraćeno nazvanoj kubit – koje se mogu povezati u mrežu. U studiji objavljenoj u časopisu Nature Materials, koju je vodio Daniel Jirovec iz grupe Katsaros na IST Austria u bliskoj saradnji sa istraživačima iz Interuniversity centra L-NESS u Comou, Italija, naučnici su stvorili novi i perspektivni sistem kandidata za pouzdane kubite.

Istraživači su kreirali kubit koristeći spin takozvanih rupa (holes). Svaka rupa je samo odsustvo elektrona u čvrstom materijalu. Zapanjujuće je činjenica da nedostajuća negativno naelektrisana čestica, može fizički da se tretira kao da je pozitivno naelektrisana čestica. Može čak i da se kreće u čvrstom materijalu kada susedni elektron popuni rupu. Dakle, efektivno se rupa opisana kao pozitivno naelektrisana čestica pomera napred. Ove rupe čak nose kvantno-mehaničko svojstvo spina i mogu da interaguju ako se približe jedna drugoj.

„Naše kolege iz L-NESS napravile su slojeve nekoliko različitih smeša silicijuma i germanijuma debelih samo nekoliko nanometara. To nam omogućava da rupe ograničimo na sloj bogat germanijumom u sredini “, objašnjava Jirovec. „Povrh svega smo dodali sitne električne žice – takozvane kapije – za kontrolu kretanja rupa, primenom napona na njih. Električno pozitivno naelektrisane rupe reaguju na napon i mogu se izuzetno precizno pomerati unutar svog sloja“.

Koristeći ovu kontrolu nano-skale, naučnici su pomerili dve rupe blizu jedne druge kako bi stvorili kubit od svojih međusobno vrtećih vrtenja. Ali da bi ovo uspelo, trebalo je da primene magnetno polje na celu postavku. Ovde dolazi do izražaja njihov inovativan pristup. U svom postavljanju, Jirovec i njegove kolege ne samo da mogu da pomeraju rupe, već i da im menjaju svojstva. Stvarajući različite osobine rupa, stvorili su kubit u interakciji koristeći manje od deset militesla snage magnetnog polja.

Ovo je slabo magnetno polje u poređenju sa drugim sličnim kubit postavkama, koje koriste najmanje deset puta jača polja.  Ali zašto je to relevantno? „Korišćenjem naše slojevite postavke germanijuma možemo smanjiti potrebnu jačinu magnetnog polja i stoga omogućiti kombinaciju našeg kubit-a sa superprovodnicima, obično inhibiranim jakim magnetnim poljima“, kaže Jirovec.

Superprovodnici – materijali bez ikakvog električnog otpora – podržavaju povezivanje nekoliko kubita zbog svoje kvantno-mehaničke prirode. To bi moglo da omogući naučnicima da izgrade nove vrste kvantnih računara koji kombinuju poluprovodnike i superprovodnike. Pored novih tehničkih mogućnosti, ovi kubiti sa okretanjem rupa izgledaju obećavajuće zbog brzine obrade. Sa do sto miliona operacija u sekundi, kao i njihovim dugim životnim vekom do 150 mikrosekundi, čine se posebno održivima za kvantno računanje. Obično postoji kompromis između ovih svojstava, ali ovaj novi dizajn spaja obe prednosti.

Izvor: Scitechdaily