Квантовые точки в двумерном массиве – это шаг вперед
Одной из ключевых особенностей устройств является двумерный массив квантовых точек. Или, точнее, решетка квантовых точек два на два. «Мы показали, что можем реализовать управление одним электроном в каждой из этих квантовых точек. Это очень важно для разработки кубита, потому что один из возможных способов создания кубитов – использовать спин отдельного электрона.
Поэтому достижение этой цели – управлять отдельными электронами и делать это в двумерном массиве квантовых точек – было для нас очень важно », – говорит Фабио Ансалони, бывший аспирант, ныне постдоктор центра Quantum Devices, NBI.
Использование электронных спинов оказалось полезным для реализации кубитов. Фактически, их "тихая" природа делает спины слабо взаимодействующими с шумной средой, что является важным требованием для получения высокопроизводительных кубитов.
Было доказано, что расширение процессоров квантовых компьютеров до второго измерения имеет важное значение для более эффективной реализации подпрограмм квантовой коррекции ошибок. Квантовая коррекция ошибок позволит квантовым компьютерам будущего быть устойчивыми к сбоям отдельных кубитов во время вычислений.
Важность производства в промышленных масштабах
Доцент Центра квантовых устройств NBI Анасуа Чаттерджи добавляет: «Первоначальная идея заключалась в том, чтобы создать массив спиновых кубитов, перейти к отдельным электронам и получить возможность управлять ими и перемещать их.
В этом смысле действительно здорово, что Лети смог предоставить образцы, которые мы использовали, что, в свою очередь, позволило нам достичь такого результата. Большая заслуга панъевропейского проектного консорциума и щедрое финансирование со стороны ЕС, помогающее нам медленно перейти от уровня одной квантовой точки с одним электроном к наличию двух электронов, а теперь перейти к двумерному. массивы. Двумерные массивы – действительно большая цель, потому что они начинают выглядеть как то, что вам абсолютно необходимо для создания квантового компьютера.
Таким образом, Лети участвовал в ряде проектов на протяжении многих лет, и все они внесли свой вклад в этот результат."
Заслуга за то, что удалось так далеко продвинуться, принадлежит многим проектам по всей Европе
Развитие было постепенным.
В 2015 году исследователям из Гренобля удалось создать первый спиновый кубит, но он был основан на дырках, а не на электронах. В то время производительность устройств, изготовленных в "дырочном режиме", не была оптимальной, и технология продвинулась вперед, и теперь устройства в NBI могут иметь двумерные массивы в одноэлектронном режиме. Исследователи объясняют, что прогресс трехкратный: «Во-первых, производство устройств в промышленном литейном цехе является необходимостью. Масштабируемость современного промышленного процесса имеет важное значение, поскольку мы начинаем создавать массивы большего размера, например, для небольших квантовых симуляторов.
Во-вторых, при создании квантового компьютера вам нужен двухмерный массив, и вам нужен способ подключения внешнего мира к каждому кубиту. Если у вас есть 4-5 соединений для каждого кубита, вы быстро получите нереальное количество проводов, выходящих из низкотемпературной установки. Но что нам удалось показать, так это то, что у нас может быть один вентиль на электрон, и вы можете читать и управлять с помощью одного и того же логического элемента.
И, наконец, с помощью этих инструментов мы смогли контролируемым образом перемещать и менять местами отдельные электроны вокруг массива, что само по себе является проблемой."
Двумерные массивы могут контролировать ошибки
Контроль ошибок, возникающих в устройствах, – это отдельная глава. Компьютеры, которые мы используем сегодня, производят множество ошибок, но они исправляются с помощью так называемого кода повторения.
В обычном компьютере вы можете иметь информацию как в 0, так и в 1. Чтобы быть уверенным, что результат расчета верен, компьютер повторяет расчет, и если один транзистор делает ошибку, она исправляется простым большинством. Если большинство вычислений, выполненных на других транзисторах, указывают на 1, а не на 0, то в качестве результата выбирается 1. Это невозможно в квантовом компьютере, поскольку вы не можете сделать точную копию кубита, поэтому квантовая коррекция ошибок работает по-другому: современные физические кубиты еще не имеют низкого уровня ошибок, но если их достаточно объединены в 2D массив, они могут держать друг друга под контролем, так сказать.
Это еще одно преимущество реализованного сейчас 2D массива.
Следующий шаг от этого рубежа
Результат, реализованный в Институте Нильса Бора, показывает, что теперь можно управлять отдельными электронами и проводить эксперимент в отсутствие магнитного поля. Итак, следующим шагом будет поиск спинов – спиновых сигнатур – в присутствии магнитного поля.
Это будет необходимо для реализации шлюзов с одним и двумя кубитами между отдельными кубитами в массиве. Теория показала, что нескольких вентилей с одним и двумя кубитами, называемых полным набором квантовых вентилей, достаточно для универсальных квантовых вычислений.