Superlaidūs silicio kubitai: metodas „iš apačios į viršų“,hibridinių kvantinių prietaisų kūrimui

140702093612 large
1/52/53/54/55/5
5.00/5 (1)
loadingLoading...

Teoretikai siūlo būdą, kaip sukurti superlaidžius kvantinius prietaisus, tokių kaip Josephson jungtys ir kubitai, surenkant atomas po atomo silicio kristalo viduje . Tokios sistemos galėtų derinti  silicio sukinių kubitų ir superlaidžių grandinių lankstumo perspektyvius aspektus.

140702093612-large
Pavyzdžiai superlaidumo-silicio kvantinių prietaisų. (Kairėje) superlaidumo kilpa, nutraukta dviejose vietose, sandūrose gali sudaryti superlaidų kubitų srautą arba superlaidžiu kvantinės interferencijos prietaisu arba SKIP. Srovės, tekančios į kilpą gali būti naudojamas išmatuoti magnetinio lauko, kertančio kilpą, stiprumą. Srovės (tekančios į bet kurią pusę), taip pat gali būti naudojamos, siekiant sudaryti kubitus. (Viduryje) atskyrimas superlaidžių laidininkų izoliatoriumi, šiuo atveju grynu kristaliniu siliciu, sudaro Josephson sankirtą. (Dešinėje) tiksliai patalpinti, stipriai legiruoti regionai iš puslaidininkių sudaro superlaidžiuosius laidus.

Aukštos kokybės silicis yra šiuolaikinių kompiuterių vienas iš istorinių pamatų. Bet jis taip pat perspektyvus kvantinės informacijos technologijoms. Visų pirma, elektronų ir branduolių sukiniai, gryno silicio kristaluose buvo išmatuoti, ir turi puikias savybes kaip ilgaamžiai kubitai, ekvivalentiški įprastinių kompiuterių bitams.
Staripsnyje, išėjusiame šią savaitę Nature Communications, Yun-Pil Shim ir Charles Tahan iš Merilendo universiteto ir Fizinių mokslų laboratorijos (College Park, MD universiteto)

parodė, kaip superlaidininko kubitai ir prietaisai gali būti pagaminti iš silicio . Tai darydami, galite potencialiai sujungti geras kvantines silicio savybes ir puslaidininkių technologijas su superlaidininkų įrenginių lankstumu. Jie siūlo naudoti nano gamybos metodus „iš apačios į viršų“  – statyti tiksliai talpinant superlaidžiuosius silicio arba germanio regionus  ir parodyti, kad tokie „laidai“ gali būti naudojami superlaidžioms tunelinėms sankryžoms ir kitiems naudingiems superlaidiesiems įtaisams.
Kubitai superlaidininkuose ir puslaidininkiuosei
Superlaidūs grandynai, pagaminti iš superlaidžių metalų ir Josephson tunelio sankryžų (kurios leidžia superlaidumo elektronų poroms „tuneliuoti“ tarp dviejų superlaidininkų), yra ypatingai tinkami gaminti prietaisams, pradedant nuo magnetinio lauko jutiklių , baigiant klasikiniais loginiais grandynais. Jie taip pat gali vaidinti svarbų vaidmenį apdorojant kvantinę informaciją, kur jie gali būti panaudojami kaip kubitų, subtilių kvantinių sistemų, kurios egzistuoja kvantinės superpozicijos būsenoje.
Įvairių rūšių superlaidininkų grandinės buvo naudojamos realizuojant kubitus ir kvantinės loginių elementų su skirtingomis savybėmis ir galimi naudojimo būdai. Pavyzdžiui, vienos rūšies grandinės srovė gali tekėti viena iš dviejų krypčių. Šios alternatyvos sudaro du viena ant kitos persiklojančių būsenų, sudarančių kubitą. Abi būsenos gali būti ženklinamos „0“ ir „1“, pagal analogiją su klasikiniais bitais. Mikrobangų impulsai gali valdyti perėjimų tarp dviejų lygių, leidžiamų kvantinių loginių elementų.
Apskritai, kvantinės sistemos yra subtilūs objektai ir yra jautrūs triukšmui ir kitiems aplinkos veiksniams, mažinantiems efektyvumą. Būsimos kvantinės grandinės turi apsaugoti kubitus nuo išorės trukdžių iki tol, kol kvantiniai skaičiavimai vyksta. Nepaisant greitos pažangos superlaidininkų kubitų (kubitas gyvenimo trukme dabar gali pranokti 100 mikrosekundžių) kokybėje, kubito vartų klaidų lygis vis dar ribojamas nuostoliais metaluose, izoliatoriuose, substratuose ir sąsajose, kurios sudaro nevienalytiškumus superlaidžiuose įtaisuose.
Spin kubitai, yra pavyzdys kubitų, realizuotų kietojo silicio pagrindu. Spinas yra kvantinė savybė dalelių, pavyzdžiui, elektronų; fizikai dažnai įsivaizduoja elektrono spiną, tarsi mažą magnetą, kuris natūraliai rodo pridedamo magnetinio lauko kryptimi. Čia 0 ir 1 būsenos atitinka elektronų sukino vieną iš dviejų galimų orientacijų – aukštyn arba žemyn. Nes sukinys natūraliai atsietas nuo krūvio ir kai kuriose sistemose (ty saugoma sukinio krypties informacija nebus sugriauta perkeliant elektroną arba jį purtant elektriniu triukšmu), sukinio kubitai yra laikomi perspektyviais kandidatais atsparių kubitų dizainui. Be to, panaudojimas epitaksinių puslaidininkinių įtaisų ir galimybę paslėpti sukinio kubitus giliai  puslaidininkių terpės viduje, toli nuo triukšmo sąsajos ir paviršiaus, lėmė kubitų, kurie gyvena sekundes ar net kai kuriais atvejais valandas, kur kas ilgiau nei iki šiol – superlaidumo kubitai .
Šaltinis : Joint Quantum Institutas
Tyrimo rezultatai jau buvo paskelbti Nature Communications.