Наробили дірок: учені вдосконалили квантові обчислювачі за рахунок квазічастинок

Обчислювальні можливості сучасних суперкомпʼютерів можуть вражати уяву, але очікується, що квантові компʼютери перевершать навіть найпотужніші з цих машин. Завдяки величезному обсягу памʼяті та швидкості роботи, квантові компʼютери зможуть розвʼязувати проблеми, які наразі не під силу жодному процесору.

Європейські дослідники, які працюють в рамках проектів MaGnum і microSPIRE, що фінансуються ЄС, розробили потенційно нову кубітну систему, яка використовує обертання так званих "дірок". Про свої досягнення вони повідомили в статті, опублікованій Nature Materials, передає hpcwire.com.

Напівпровідники складаються зі штучних квазічасточок, що являють собою сукупність електронів і дірок. Дірками заведено називати носії позитивного заряду, рівного елементарному заряду, в напівпровідниках. Хоча дірки не є справжніми частками, у них є багато спільних властивостей з електронами. Вони взаємодіють, коли підходять одне до одного, і вони також мають квантово-механічну властивість спіну (спін — власний момент імпульсу елементарних частинок, має квантову природу і не повʼязаний з рухом, переміщенням або обертанням частки як цілого, — ред.).

Дірки в таких матеріалах, як металоїдний германій, є чудовими кандидатами на роль спінових кубітів. Учені побудували наноструктуру з різних верств германію і кремнію, що дозволило їм обмежувати дірки двовимірною частиною.

Провідний автор дослідження Даніель Жировець з Інституту науки й технологій Австрії, координатор проекту MaGnum, розповів про свою співпрацю з Лабораторією епітаксії наноструктур і спінтроніки на кремнії L-NESS при Політехнічному університеті Мілана. "Наші колеги з L-NESS поклали одну на одну кілька різних сумішей кремнію і германію товщиною всього кілька нанометрів. Це дозволило обмежити отвори шаром, багатим германієм, усередині. Зверху ми додали крихітні електричні дроти — так звані ворота — для управління рухом отворів шляхом подачі на них напруги. Унаслідок електрично позитивно заряджені дірки реагували на напругу і могли дуже точно переміщатися всередині свого шару".

Дослідницька група використовувала цю техніку, щоб максимально наблизити дві дірки одну до одної, що допомогло б їм взаємодіяти під час обертання та утворити спіновий кубіт. Що ще більш важливо, вони змогли створити кубіт із двох взаємодіючих спінів дірок, використовуючи менше 10 мілітесл напруженості магнітного поля.

"Використовуючи нашу установку із шаруватого германію, ми можемо зменшити необхідну напруженість магнітного поля і, отже, дозволити комбінацію нашого кубіта з надпровідниками, зазвичай стримувану під впливом магнітних полів", — заявив Жировець, зазначаючи важливість цього досягнення.

Раніше ми повідомляли про те, що в Китаї створили революційний квантовий компʼютер. Квантовий процесор за годину впорався із завданням, яке класичні суперкомпʼютери розвʼязували б більше восьми років.