ספין קיוביטים הולכים על טרמפולינה כדי ליצור שערים קוונטיים ומתחברים לקיוביטים ספינים אחרים בשבב. קרדיט: Studio Oostrum עבור QuTech
חוקרים ב-QuTech פיתחו קיוביטים של ספין סלטה ללוגיקה קוונטית אוניברסלית. הישג זה עשוי לאפשר בקרה יעילה של מערכי קיוביט מוליכים למחצה גדולים.
למעלה מעשרים שנה לאחר ההצעה של Loss ושל DiVincenzo לחישוב קוונטי עם נקודות קוונטיות, חוקרי QuTech הבינו את המושגים הללו באמצעות גרמניום כדי להקל על בקרת ספין. גישה זו מפשטת את האלקטרוניקה הדרושה מחשוב קוונטיהמדגים שליטה יעילה על מערכי נקודות קוונטיים מורחבים.
Quantum Dot Qubits
ב-1998 פרסמו Loss ו-DiVincenzo את העבודה המכוננת 'חישוב קוונטי עם נקודות קוונטיות'. בעבודתם המקורית, קפיצת ספינים הוצעה כבסיס ללוגיקה של קיוביט, אך יישום ניסיוני נותר חסר. לאחר יותר מ-20 שנה, ניסויים הדביקו את התיאוריה. חוקרים ב-QuTech – שיתוף פעולה בין ה-TU Delft ו-TNO – הוכיחו ש'שערי הדילוג' המקוריים אכן אפשריים, עם ביצועים עדכניים.
מחברים שותפים Floor van Riggelen (מקדימה) ו- Sander de Snoo. קרדיט: Marc Blommaert עבור QuTech
התקדמות ב-Qubit Control
קוויביטים המבוססים על נקודות קוונטיות נחקרים ברחבי העולם מכיוון שהם נחשבים לפלטפורמה משכנעת לבניית מחשב קוונטי. הגישה הפופולרית ביותר היא ללכוד אלקטרון בודד ולהפעיל שדה מגנטי גדול מספיק, המאפשר להשתמש בספין של האלקטרון כקיוביט ונשלט על ידי אותות מיקרוגל.
עם זאת, בעבודה זו החוקרים מדגימים שאין צורך באותות מיקרוגל. במקום זאת, אותות פס בסיס ושדות מגנטיים קטנים מספיקים כדי להשיג בקרת קיוביט אוניברסלית. זה מועיל מכיוון שהוא יכול לפשט משמעותית את אלקטרוניקת הבקרה הדרושה להפעלת מעבדים קוונטיים עתידיים.
מקפיצות ועד סלט קוביטים
שליטה בסיבוב דורשת דילוג מנקודה לנקודה ומנגנון פיזי המסוגל לסובב אותה. בתחילה, ההצעה של Loss ו-DiVincenzo משתמשת בסוג מסוים של מגנט, שהתגלה כקשה למימוש בניסוי. במקום זאת, הקבוצה ב-QuTech הייתה חלוצת הגרמניום. מוליך למחצה זה בנוחות עשוי כשלעצמו כבר לאפשר סיבובי ספין. זה מונע על ידי עבודה שפורסמה ב תקשורת טבע, שם Floor van Riggelen-Doelman ו- Corentin Déprez מאותה קבוצה מראים שגרמניום יכול לשמש פלטפורמה לקפיצה של קיוביטים ספין כבסיס ליצירת קישורים קוונטיים. הם הבחינו באינדיקציות ראשונות לסיבובי ספין.
כאשר בוחנים את ההבדל בין קיוביטים לקפוץ לסלטות, חשבו על מערכי נקודות קוונטים כפארק טרמפולינה, שבו ספינים של אלקטרונים הם כמו אנשים שקופצים. בדרך כלל, לכל אדם יש טרמפולינה ייעודית, אך הם יכולים לקפוץ לטרמפולינות שכנות אם זמינות. לגרמניום יש תכונה ייחודית: רק בקפיצה מטרמפולינה אחת לאחרת, אדם חווה מומנט שהופך אותו לסלטה. תכונה זו מאפשרת לחוקרים לשלוט בקווביטים בצורה יעילה.
מחברים שותפים Sasha Ivlev, Hanifa Tidjani ו-Chien-An Wang (משמאל לימין) בודקים את יחידת העיבוד הקוונטי המותקנת. קרדיט: Marc Blommaert עבור QuTech
Chien-An Wang, המחבר הראשון של ה מַדָע נייר, מציין: "לגרמניום יש את היתרון של יישור ספינים לאורך כיוונים שונים בנקודות קוונטיות שונות." התברר שאפשר לעשות קיוביטים טובים מאוד על ידי דילוג ספינים בין נקודות קוונטיות כאלה. "מדדנו שיעורי שגיאה של פחות מאלף עבור שערים של קיוביט אחד ופחות ממאה עבור שערים של שני קיוביט."
סלטות קוביטים בפארק טרמפולינות
לאחר שהקים שליטה על שני ספינים במערכת ארבע נקודות קוונטיות, הצוות לקח את זה צעד קדימה. במקום לקפוץ סיבובים בין שתי נקודות קוונטיות, הצוות חקר גם דילוג דרך מספר נקודות קוונטיות. באופן אנלוגי, זה יתאים לאדם שמקפץ ומסתלט מעל טרמפולינות רבות. מחבר שותף ולנטין ג'ון מסביר: "עבור מחשוב קוונטי, יש צורך להפעיל ולצמד מספרים גדולים של קיוביטים בדיוק גבוה."
טרמפולינות שונות גורמות לאנשים לחוות מומנטים שונים בקפיצה, ובאופן דומה, סיבובי דילוג בין נקודות קוונטיות מביאות גם לסיבובים ייחודיים. לכן חשוב לאפיין ולהבין את השונות. מחבר שותף פרנצ'סקו בורסוי מוסיף: "הקמנו שגרות בקרה המאפשרות לקפוץ ספינים לכל נקודה קוונטית במערך של 10 נקודות קוונטיות, מה שמאפשר לנו לחקור מדדי קיוביט מרכזיים במערכות מורחבות."
מאמץ קבוצתי
"אני גאה לראות את כל עבודת הצוות", מסכם החוקר הראשי מננו ולדהורסט. "בטווח זמן של שנה, התצפית על סיבובי קיוביט עקב דילוג הפכה לכלי המשמש את הקבוצה כולה. אנו מאמינים שחיוני לפתח תוכניות בקרה יעילות לתפעול מחשבים קוונטיים עתידיים והגישה החדשה הזו מבטיחה".
