Posisi Terbaik untuk Atom Qubit dalam Silikon untuk Meningkatkan Prosesor Kuantum berbasis Atom

Pencitraan skala atom dari dua donor silikon yang berinteraksi. Kredit: CQC2T

Peneliti Australia telah menemukan “sweet spot” untuk memposisikan qubit silikon dengan skala atomprosesor berbasis kuantum.

Para peneliti di Center of Excellence for Quantum Switching and Communication Technology (CQC2T) yang bekerja dengan Silicon Quantum Computing (SQC) telah menemukan “sweet spot” untuk memposisikan qubit silikon untuk skala prosesor kuantum berbasis atom.

Penciptaan bit kuantum, atau qubit, dengan menempatkan atom fosfor secara tepat dalam silikon – metode yang dipelopori oleh CQC2Direktur T Profesor Michelle Simmons – adalah pendekatan kelas dunia dalam pengembangan komputer kuantum silikon.

Dalam penelitian tim, yang diterbitkan hari ini di Komunikasi Alam, Penempatan presisi telah terbukti penting untuk mengembangkan interaksi yang kuat – atau sambungan – antara qubit.

“Kami berada dalam posisi optimal untuk menciptakan interaksi yang dapat direproduksi, kuat dan cepat antara qubit,” kata Profesor Sven Rogge, yang memimpin penelitian.

“Kami membutuhkan interaksi yang kuat ini untuk merekayasa prosesor multi-qubit dan, pada akhirnya, komputer kuantum yang berguna.”

Port ke dua qubit – blok penyusun pusat komputer kuantum – menggunakan interaksi antara pasangan qubit untuk melakukan operasi kuantum. Untuk qubit atom silikon, penelitian sebelumnya telah menyarankan bahwa untuk posisi tertentu dalam kristal silikon, interaksi antara qubit mengandung komponen berosilasi yang dapat memperlambat operasi gerbang dan membuatnya sulit dikendalikan.

“Selama hampir dua dekade, potensi sifat interaksi yang berosilasi telah diprediksi menjadi tantangan peningkatan skala,” kata Profesor Rogge.

“Sekarang, melalui pengukuran baru interaksi qubit, kami telah mengembangkan pemahaman mendalam tentang sifat osilasi ini dan mengusulkan strategi penempatan presisi untuk membuat interaksi antar qubit kuat. Ini adalah hasil yang diyakini banyak orang tidak. tidak memungkinkan. “

Temukan “sweet spot” dalam kesimetrian kristal

Para peneliti mengatakan mereka sekarang telah menemukan bahwa tepat di mana qubit berada sangat penting untuk menciptakan interaksi yang kuat dan konsisten. Intuisi penting ini memiliki implikasi signifikan untuk desain prosesor skala besar.

“Silikon adalah kristal anisotropik, yang berarti arah penempatan atom dapat secara signifikan mempengaruhi interaksi di antara mereka,” kata Dr. Benoit Voisin, penulis utama penelitian.

“Meskipun kami sudah mengetahui tentang anisotropi ini, belum ada yang menyelidiki secara rinci bagaimana hal itu dapat digunakan untuk mengurangi kekuatan interaksi yang berosilasi.”

“Kami menemukan bahwa ada sudut khusus, atau titik lunak, di bidang tertentu dari kristal silikon di mana interaksi antara qubit lebih tahan. Yang penting, titik lunak ini dapat dicapai dengan menggunakan teknik litografi mikroskop pemindaian. (STM) dikembangkan di UNSW ”.

“Pada akhirnya, masalah dan solusinya datang langsung dari simetri kristal, jadi itu sentuhan yang bagus.”

Dengan menggunakan STM, tim dapat memetakan fungsi gelombang atom dalam gambar 2D dan mengidentifikasi lokasi spasial yang tepat di kristal silikon – ditunjukkan untuk pertama kalinya pada tahun 2014 dengan penelitian yang dipublikasikan di Bahan Alam dan maju pada tahun 2016 Nanoteknologi Alam surat.

Dalam penelitian terbaru, tim menggunakan teknik STM yang sama untuk mengamati detail skala atom dari interaksi antara qubit atom yang digabungkan.

“Dengan menggunakan teknik pencitraan keadaan kuantum, untuk pertama kalinya kami dapat mengamati anisotropi dalam fungsi gelombang dan efek interferensi langsung pada bidang – ini adalah titik awal untuk memahami bagaimana hal ini terjadi. masalah, “kata Dr. Voisin.

“Kami memahami bahwa pertama-tama kami harus mengetahui dampak dari masing-masing dua bahan ini secara terpisah, sebelum kami melihat kerangka lengkap untuk memecahkan masalah – inilah cara kami menemukan sweet spot ini, yang siap kompatibel dengan akurasi penempatan atom yang ditawarkan oleh untuk teknik litografi STM kami “.

Membangun komputer kuantum atom silikon dengan atom

Ilmuwan UNSW di CQC2Dia memimpin dunia dalam perlombaan untuk membangun komputer kuantum berdasarkan atom silikon. Peneliti di CQC2T, dan perusahaan pemasaran yang terkait dengan SQC, adalah satu-satunya tim di dunia yang memiliki kemampuan untuk melihat posisi tepat qubit mereka dalam keadaan solid.

Pada tahun 2019, grup Simmons mencapai tonggak penting dalam pendekatan penempatan presisi – dengan tim pertama-tama membangun gerbang tercepat ke dua qubit silikon dengan menempatkan dua qubit atom berdekatan, lalu mengamati dan mengukurnya secara real time. status rotasi waktu nyata mereka. Penelitian ini telah dipublikasikan di Alam.

Sekarang, dengan kemajuan terbaru dari tim Rogge, peneliti CQC2T dan SQC diposisikan untuk menggunakan interaksi ini dalam sistem skala yang lebih besar untuk prosesor yang dapat diskalakan.

“Mampu mengamati dan menempatkan atom secara akurat dalam chip silikon kami terus memberikan keunggulan kompetitif untuk pembuatan komputer silikon kuantum,” kata Profesor Simmons.

Tim gabungan Simmons, Rogge dan Rahman bekerja dengan SQC untuk membangun komputer silikon pertama yang berguna untuk kuantum dan tersedia secara komersial. Co-located dengan CQC2T di kampus UNSW Sydney, tujuan SQC adalah membangun prosesor kuantum kualitas tertinggi dan paling stabil.

Referensi:

“Interferensi lembah dan pertukaran spin pada skala atom silikon” oleh B. Voisin, J. Bocquel, A. Tankasala, M. Usman, J. Salfi, R. Rahman, MY Simmons, LCL Hollenberg, dan S. Rogge, 30 November 2020, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19835-1

“Resolusi spasial interferensi kuantum dari lembah donor silikon” oleh J. Salfi, JA Mol, R. Rahman, G. Klimeck, MY Simmons, LCL Hollenberg, dan S. Rogge, 6 April 2014, Bahan Alam.
DOI: 10.1038 / nmat3941

“Metrologi spasial dopan silikon dengan akurasi situs lateks presisi tinggi” oleh M. Usman, J. Bocquel, J. Salfi, B. Voisin, A. Tankasala, R. Rahman, MY Simmons, S. Rogge, dan LCL Hollenberg , 6 Juni 2016, Nanoteknologi Alam.
DOI: 10.1038 / nnano.2016.83

“Gerbang dua qubit antara elektron donor fosfor silikon” oleh Y. He, SK Gorman, D. Keith, L. Kranz, JG Keizer dan MY Simmons, 17 Juli 2019, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-019-1381-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.