تحقق الدراسة معالجة متماسكة لدوران الإلكترون في السيليكون

في السنوات الأخيرة ، عمل العديد من الفيزيائيين وعلماء الكمبيوتر على تطوير تقنيات الحوسبة الكمومية. تعتمد هذه التقنيات على وحدات الكيوبت ، وهي الوحدات الأساسية للمعلومات الكمية.

على عكس البتات الكلاسيكية ، التي لها قيمة 0 أو 1 ، يمكن أن توجد الكيوبتات فيها حالات التراكب، لذلك يمكن أن تكون قيمتهما 0 و 1 في نفس الوقت. يمكن أن تتكون Qubits من أنظمة فيزيائية مختلفة ، بما في ذلك الإلكتروناتو يدور النووية (أي حالة الدوران للنواة) والفوتونات والدوائر فائقة التوصيل.

يدور الإلكترونية محصورة في الداخل السيليكون أظهرت النقاط الكمومية (أي الهياكل الصغيرة القائمة على السيليكون) واعدة بشكل خاص مثل الكيوبتات ، لا سيما بسبب أوقات تماسكها الطويلة ، ودقة البوابة العالية ، والتوافق مع طرق تصنيع أشباه الموصلات الحالية. السيطرة باستمرار على متعددة حالات دوران الإلكترونومع ذلك ، يمكن أن يكون صعبًا.

قدم باحثون في جامعة روتشستر مؤخرًا استراتيجية جديدة للتلاعب المتسق بدورات إلكترونية مفردة أو متعددة في النقاط الكمومية للسيليكون. هذه الطريقة ، المقدمة في مقال نشر في الفيزياء الطبيعيةيمكن أن يفتح إمكانيات جديدة لتطوير أجهزة كمبيوتر كمومية موثوقة وعالية الأداء.

“كما هو الحال مع العديد من التجارب العلمية ، كنا في البداية نحقق في موضوع غير ذي صلة ، عندما بدأنا نلاحظ كل أنواع التذبذبات المتماسكة التي تظهر في بياناتنا.” أخبر جون نيكول ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، موقع Phys.org. “لقد استغرق الأمر منا بعض الوقت للعثور على التفسير النظري ، ولكن بمجرد قيامنا بذلك ، سقط كل شيء في مكانه الصحيح. تم استكشاف اقتران Spin-valley عدة مرات من قبل ، ولكن لم يكن من أجل التوسط المباشر في التحولات المتماسكة بين حالات الدوران المختلفة.”

تستفيد استراتيجية التحكم في دوران الإلكترون في السيليكون التي اقترحها نيكول وزملاؤه من اقتران وادي الدوران ، والتفاعل بين دوران الإلكترون وحالات الوادي. تحتوي الإلكترونات الموجودة في النقاط الكمومية للسيليكون على أرقام كمومية مغزلية ووادي. يمكن أن تكون حالة الدوران “لأعلى” أو “لأسفل” ، بينما يمكن أن تكون حالة الوادي + أو -.

“إلى حد ما حقل مغناطيسي، على سبيل المثال ، يمكن أن تكون طاقة الحالة العالية ، + ، على سبيل المثال ، مساوية تقريبًا للطاقة إلى الحالة المنخفضة ، – “، أوضح نيكول.” نظرًا لأن فرق الطاقة بين الحالتين + و – يعتمد على المجالات الكهربائية ، يمكننا استخدام نبضة الجهد لإحضار ، + بالضبط مع الرنين لأسفل ، -. عندما يحدث هذا ، فإن الإلكترون الذي تم تحضيره مبدئيًا في حالة + عالية سوف يتأرجح بشكل متماسك لأسفل ، ثم ذهابًا وإيابًا. هذه هي تذبذبات وادي الدوران “.

حتى الآن ، تضمنت الطريقة القياسية لمعالجة دوران الإلكترون في النقاط الكمومية للسيليكون استخدام المجالات المغناطيسية المتغيرة بمرور الوقت. أظهر نيكول وزملاؤه أن استراتيجيتهم تسمح بمعالجة متماسكة لدوران الإلكترون دون الحاجة إلى استخدام المجالات الكهرومغناطيسية المتذبذبة.

“تتأرجح الحقول المغناطيسية يصعب بشكل خاص توليدها في درجات الحرارة المبردةوتقارن الوادي المغزلي يلغي هذه الحاجة ، “قال نيكول. “هناك إدراك آخر وهو أن درجة حرية الوادي في السيليكون غالبًا ما تُعتبر” خطأ “بدلاً من سمة من سمات كيوبت السيليكون ، لكن عملنا يُظهر أنه يمكن أن يكون ميزة مفيدة للغاية.”

يسلط العمل الأخير الذي قام به هذا الفريق من الباحثين الضوء على الوعد باستخدام اقتران وادي الدوران لتحقيق تحكم متماسك في الكيوبت بناءً على يدور الإلكترون محصورة في النقاط الكمومية للسيليكون. في أوراقهم التالية ، يأملون في فهم أفضل لخصائص نمو النقاط الكمومية وتصنيعها وضبطها التي قد تؤثر على اقتران الوادي الدوراني ، حيث يمكن أن يلقي هذا مزيدًا من الضوء على تصنيع تقنيات الحوسبة الكمومية القائمة على الإلكترونات.

“نود أيضًا استكشاف كيفية تنفيذ العديد منهاكيوبت الأبواب في هذا الإعداد “، أضاف نيكول. “يتمثل أحد التحديات في أن المجال المغناطيسي يحتاج إلى ضبط بشكل منفصل لكل كيوبت ، ونحن نبحث عن طرق واقعية لتنفيذ ذلك.

© 2023 Science X Network