НАУКА. Физики создали долгоживущие квантовые биты на базе квантовых точек

ДУШАНБЕ, 29.01.2023 /НИАТ «Ховар»/. Европейские и индийские физики разработали подход, позволяющий резко продлить время жизни кубитов на базе квантовых точек, что позволяет использовать их для долговременного хранения информации в квантовых вычислительных системах. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology. О результатах сообщила пресс-служба Кембриджского университета, передает НИАТ «Ховар» со ссылкой на ТАСС.

«Благодаря нашему открытию, квантовые точки могут одновременно активно взаимодействовать с фотонами, а также долгое время хранить квантовую информацию. Уже в ближайшем будущем это позволит создать устройства, способные хранить квантовую информацию в полностью фотонных квантовых компьютерах», — сообщил профессор Кембриджского университета (Великобритания) Мете Ататюре, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Квантовые точки представляют собой полупроводниковые наночастицы, чьи размеры и форма подобраны таким образом, что они ведут себя как искусственный атом. Как и его реальные аналоги, этот рукотворный атом способен взаимодействовать с волнами света, поглощать их и преобразовать в другие формы колебаний. Характер этих взаимодействий, а также свойства вырабатываемого свечения сильно зависят от размеров и формы квантовых точек.

Профессор Ататюре и его коллеги выяснили, что квантовые точки можно использовать в качестве ячеек памяти для световых квантовых компьютеров, способных хранить в себе квантовые состояния на протяжении необычно долгого времени. Ученые совершили это открытие в ходе наблюдений за тем, как ядра атомов, присутствующих внутри квантовых точек, взаимодействуют с «виртуальным» электроном искусственного атома, роль которого обычно играет один или несколько реальных электронов.

Долгоживущие квантовые биты

Как объясняют исследователи, частые взаимодействия между ними сегодня считаются одним из основных препятствий для использования квантовых точек в качестве одного из компонентов квантовых вычислительных приборов. Это связано с тем, что подобные процессы резко сокращают время жизни ячеек квантовой памяти и заставляют их терять записанную в них информацию за очень короткое время.

Европейские и индийские физики заметили, что характер взаимодействий между ядрами атомов полупроводников и «виртуальным» электроном квантовой точки очень сильно зависит от того, как расположены атомы внутри этого наноструктуры и как они взаимодействуют друг с другом и с другими материалами. Руководствуясь этой идеей, исследователи изготовили набор квантовых точек из соединения алюминия, галлия и мышьяка внутри специального барьерного материала.

Атомы внутри этого изолирующего материала были расположены так, что они идеально накладывались на положение ядер галлия, алюминия и мышьяка внутри квантовых точек. Подобная пространственная конфигурация, как показали последующие опыты, позволила ученым продлить типичное время работы кубитов на базе квантовых точек более чем на два порядка. В результате этого они сохраняли стабильность на протяжении свыше ста микросекунд, огромного времени по меркам квантовых технологий.

По текущим оценкам физиков, этот рекордный показатель можно увеличить еще на порядок в результате относительно простых оптимизаций, в частности, в результате усиления магнитного поля, действующего на квантовые точки. Это позволит использовать кубиты на базе этих наночастиц в качестве основы для систем долговременного хранения квантовой информации, подытожили профессор Ататюре и его коллеги.

ФОТО из открытых источников