Физики из Принстонского университета достигли беспрецедентного уровня точности — почти 100% — при использовании двухкубитного квантового устройства на основе кремния. Это наивысший показатель на сегодня для такого вентиля в полупроводнике, на уровне лучших результатов среди конкурирующих технологий. Он отражает способность квантового бита выполнять операции без ошибок и является ключевой характеристикой в разработке эффективного квантового компьютера.

Разработчики квантовых компьютеров еще не пришли к единому мнению относительно того, какая технология лучше подходит для квантовых вычислений — сверхпроводящие кубиты, захваченные ионы или кремниевые спиновые кубиты. Принстонские физики делают ставку на двойные квантовые точки, сообщает Phys.org.

Кубит, грубо говоря, это квантовая версия компьютерного бита. В нем зашифрована информация в виде ноля или единицы. Но, в отличие от него, кубит по законам квантовой механики может одновременно выступать и как ноль, и как единица. Такая суперпозиция наделяет квантовый компьютер большим преимуществом по сравнению с классическим.

Спин в кубите — это угловой момент электрона, свойство, которое проявляется в виде крошечного магнитного диполя и которое можно использовать для кодирования информации. Спин электрона может быть или выравнен по магнитному полю, созданному в лаборатории, или ориентироваться антипараллельно ему, или быть в квантовой суперпозиции этих двух состояний.

В отличие от прочих систем кубитов, кремниевые спиновые кубиты гораздо компактнее. Созданное в Пинстоне устройство размером около 100 нанометров, тогда как современные сверхпроводящие кубиты обычно около 300 микрон. Другое их преимущество в том, что вся современная электроника работает на кремниевых технологиях. Однако до сих пор точность двухкубитного затвора спиновых кубитов была относительно низкой — менее 90%.

При помощи двойных квантовых точек физики смогли уловить два электрона и заставить их взаимодействовать. Спиновое состояние каждого электрона может быть использовано как кубит, а взаимодействие между электронами может спутывать эти кубиты. Это важная для квантовых компьютеров операция, и команда ученых смогла выполнить ее с точностью 99,8%.

Другой важный аспект исследования в том, что это не только демонстрация высокоточного двухкубитного вентиля — впервые ученые добились от такого устройства интеграции всех необходимых функций, а показатели превзошли порог, необходимый для эффективной работы более масштабной системы.

С помощью квантовой механики ученые из Австрии и Германии впервые подсчитали, после какого предела скорость генерирования и передачи сигналов полупроводниками перестанет увеличиваться. Он составляет один петагерц, то есть миллион ГГц.