Как могат да се комбинират магнитните и електрическите полета, за да се контролират квантовите състояния?

Инженери в областта на квантовите изчисления от Университета на Нов Южен Уелс (UNSW) в Сидни демонстрираха нов подход за записване на квантова информация в силиция. Те представиха четири уникални начина за кодиране в рамките на един атом. Откритието може значително да опрости проектирането на гъвкави квантови чипове. Както и да реши някои от проблемите, свързани с работата на десетки милиони квантови изчислителни единици. Те могат да бъдат разположение върху съвсем малка площ от силициеви чипове, само че за квантовите компютри.

В своята статия инженерите описват как са използвали 16-те квантови състояния на атома на антимона за кодиране на квантовата информация. Антимонът е тежък атом, който може да бъде имплантиран в силициевия чип, като замени един от съществуващите силициеви атоми. Избран е именно поради факта, че ядрото му има 8 различни квантови състояния, както и електрон с 2 квантови състояния. Това води до общо 8 x 2 = 16 квантови състояния в рамките на един атом. За да се постигне същият брой състояния с помощта на обикновени квантови битове (или кубити), би било необходимо да се направят и съединят 4 от тях.

Изследователите показаха, че е възможно да се контролират електронът и ядрото на антимоновия атом с помощта на магнитни и електрически полета. Както и с комбинация от двете полета. Работата открива нови възможности за проектиране на бъдещи квантови чипове. Това дава на инженерите и физиците по-голяма гъвкавост при избора на методите за контрол.

Предимствата на различните методи се крият в специфичните им характеристики. Магнитният резонанс има по-висока скорост в сравнение с електрическия, но магнитното му поле може да въздейства и на съседните атоми. Електрическият резонанс, от друга страна, действа по по-локализиран начин, като позволява да се избере конкретен атом, без да се засягат околните.

Бъдещите квантови компютри, способни да извършват изчисления и симулации, които биха отнели на съвременните суперкомпютри столетия, ще включват милиони, ако не и милиарди квантови битове. Изследователите от UNSW залагат на използването на силиций, чиито производствени техники вече са добре усвоени при изграждането на традиционните компютри. Това в крайна сметка ще позволи на милиони квантови кубити да бъдат разположени на чип със съвсем малка площ. От порядъка на един квадратен милиметър.

Следващата цел на групата е да използва разширеното изчислително пространство на атома на антимона за извършване на по-сложни квантови операции. Това ще проправи пътя към създаването на практически и търговски жизнеспособен квантов хардуер.