Kvant məlumatlarının işlənməsi qubitlərin uzun ardıcıllıq müddətinə, sabitliyə və miqyaslana bilən olmasını tələb edir. Solid-state spin qubitləri, uzun ardıcıllıq vaxtlarına sahib olduqları üçün bu tətbiqlər üçün axtarılan namizədlərdir. Bununla belə, onlar miqyaslana bilməz.

Harvard Universitetində professor Mixail Lukinin qrupunun aspirantı Frankie Fungun rəhbərlik etdiyi PRL araşdırması Phys.org-a danışarkən bu problemi həll etdi .

O dedi: “Bərk vəziyyətdə spin kubitlərindən istifadə edən kiçik kvant registrləri nümayiş etdirilsə də, onlar qarşılıqlı təsir diapazonunu onlarla nanometrlə məhdudlaşdıran maqnit dipolyar qarşılıqlı təsirlərə əsaslanır. Qısa qarşılıqlı əlaqə məsafəsi və belə yaxın məsafələrdə ardıcıl olaraq spin kubitlərinin hazırlanmasında çətinlik böyük qubit massivləri olan sistemləri idarə etmək çətinləşir.”

PRL tədqiqatında tədqiqatçılar nanomexaniki rezonatordan , mexaniki osilatordan istifadə edərək spin qubitləri arasında qarşılıqlı əlaqəyə vasitəçilik edən bir arxitektura təklif etdilər.

Almazlar qubit kimi

Komandanın yanaşması qubit kimi fəaliyyət göstərən almazlarda azot-vakansiya mərkəzlərinə əsaslanırdı.

Tipik olaraq, almaz strukturları tetraedral bir quruluşda karbon atomlarından ibarətdir , yəni onlar dörd digər karbon atomu ilə bağlıdırlar.

Bununla birlikdə, kimyəvi buxar çökmə kimi üsullardan istifadə edərək , karbon atomlarından biri azot atomu ilə əvəz edilə bilər. Bu, azotla bitişik itkin karbon atomu ilə nəticələnir və boşluq yaradır.

Vakansiyaya bitişik azot atomu, qubitlər kimi istifadə edilən spin vəziyyətləri ilə qoşalaşmamış elektrona malik olan NV mərkəzini təşkil edir.

NV mərkəzləri unikal optik xüsusiyyətlərinə görə bir çox üstünlüklər təklif edir. Onların uzun ahəngdarlıq müddətləri var, yəni ətraf mühitlə qarşılıqlı əlaqəsi azdır və onları çox sabit edir.

Bundan əlavə, onlar optik cəhətdən uyğundur, yəni işıqdan istifadə edərək məlumatları daxil etmək və çıxarmaq asandır. Onların qoşalaşmamış elektronları olduğundan, maqnit sahələrinə də çox həssasdırlar.

Bu xüsusiyyətlər onları qubit kimi istifadə etmək üçün ideal hala gətirir, xüsusən də onları bərk vəziyyətdə olan cihazlarla birləşdirərkən.

Problem qubitlərin özləri arasında qısa məsafəli qarşılıqlı əlaqə səbəbindən yaranır. Bunun səbəbi, bərk vəziyyətdə olan spin kubitlərinin qısa məsafəli olan maqnit dipol qarşılıqlı təsirləri vasitəsilə bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmasıdır.

Qubitlər arasında qarşılıqlı əlaqə kvant məlumatlarının işlənməsi üçün əsas olan dolaşıq vəziyyətlər yaratmaq üçün lazımdır .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721367556&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-scientists-solid-state-qubits-nanomechanical.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI1LjAuNjQyMi4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNS4wLjY0MjIuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNS4wLjY0MjIuMTQyIl0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1721367067700&bpp=2&bdt=779&idt=690&shv=r20240717&mjsv=m202407160101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1721367423%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1721367423%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695%2C1005x124&nras=3&correlator=5761218002066&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2845&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=71&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C95334521%2C31084868%2C44795921%2C95331833%2C95334526%2C95334830%2C95337026%2C95337868%2C31085362%2C95337093%2C31061690%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGslRTKInWWsFe_E5em3C09j9ZkpFn47U-whAT6kmQClaxTPhdzBQbU-WIilB6r9U-vDZ8IS-A2F0Q-N2Vx112zRv8RDtBG4YCbCHWkiEaQPY4jQ&pvsid=1872622269664330&tmod=1706257250&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=2&fsb=1&dtd=M

Mexanik rezonatorlar vasitəçi kimi

Qubitlərin uzunmüddətli qarşılıqlı təsirini həll etmək üçün tədqiqatçılar almazlarda NV mərkəzlərini mexaniki rezonatorlarla birləşdirməyi təklif edirlər.

“Tədqiqatımızın məqsədi bu spin kubitləri arasında qarşılıqlı əlaqədə vasitəçilik etmək üçün nanomexaniki rezonatorlardan istifadə etməkdir. Daha dəqiq desək, biz yeni bir arxitektura təklif edirik, burada fərdi skan edən zond uclarının içərisindəki spin kubitləri spin-spin qarşılıqlı təsirinə vasitəçilik edən nanomexaniki rezonator üzərində hərəkət edə bilər”, – Funq izah etdi. .

Nanomexaniki rezonatorlar yüksək tezliklərdə (adətən nanomiqyasda) salına bilən kiçik strukturlardır. Xarici sahələrə və qüvvələrə həssasdırlar.

Qubitləri nanomexaniki rezonatorla birləşdirərək, tədqiqatçılar qeyri-yerli qubit qarşılıqlı təsirləri üçün bir yol yaradırlar. Bu, potensial olaraq bərk cisim kvant sistemləri ilə miqyaslılığın çatışmazlıqlarını aradan qaldıraraq genişmiqyaslı kvant prosessorlarının yaradılmasına imkan verir.

Arxitekturanın təkmilləşdirilməsi

Tədqiqat qrupunun arxitekturası, buna görə də, məlumat toplaya bilən dəqiq skan cihazları olan fərdi skanlama zondlarının ucları içərisində bir spin qubitindən ibarətdir.

“Skanlama zondunun ucları spin-spin qarşılıqlı təsirinə vasitəçilik edən mexaniki rezonator üzərində hərəkət edə bilər. Biz bu mexaniki rezonator üzərində hansı qubitlərin hərəkət edəcəyini seçə bildiyimiz üçün spin qubitləri arasında proqramlaşdırıla bilən əlaqə yarada bilərik”, – Funq izah etdi.

Fərdi kubitlər almaz nanopilların içərisindəki NV mərkəzləridir. Bu struktur NV mərkəzinin elektron spin vəziyyətini manipulyasiya etmək üçün istifadə olunan maqnit sahəsini yaradan mikromaqnitə yaxın olmağa imkan verir.

“Bu, həmçinin nanopilların NV mərkəzini həyəcanlandırmaq üçün lazım olan lazer gücünü azaldan dalğa bələdçisi rolunu oynamasına kömək edir” dedi Fang. Bu, nanopilların lazeri getməli olduğu dəqiq yerə, NV mərkəzinə yönəltdiyi üçün baş verir.

Mikromaqnit nanomexaniki rezonatoru tamamlayan silikon nitrid nanoşüasında yerləşir.

Teorik olaraq, quraşdırma aşağıdakı kimi işləyir. Mikromaqnit qubit və rezonator ətrafında maqnit sahəsi yaradır. Bu maqnit sahəsi qubitin elektron spin vəziyyətini dəyişir.

Spin vəziyyətindəki dəyişiklik, kubitin nanomexaniki rezonatorla əvvəlkindən fərqli şəkildə qarşılıqlı əlaqəsinə səbəb olur və bu, onun fərqli tezlikdə salınmasına səbəb olur. Bu rəqs digər kubitlərə təsir edərək onların spin vəziyyətinə təsir edir.

Arxitektura yerli olmayan qubit qarşılıqlı əlaqəyə imkan verir.

Memarlığın fizibilliyi və hibrid kvant sistemləri

Onların arxitekturasının əldə edilə biləcəyini göstərmək üçün tədqiqatçılar mikromaqnitin mexaniki daşınması üzərində qubitin uyğunluğunu nümayiş etdirdilər.

Funq dedi: “Prinsipial ölçmə sübutu olaraq, biz NV mərkəzində bəzi əlaqəli məlumatları saxladıq, onu böyük bir sahə qradiyentində hərəkət etdirdik və məlumatın sonradan qorunduğunu göstərdik.”

Uyğunluq rezonans sisteminin səmərəliliyini göstərən keyfiyyət amili vasitəsilə də nümayiş etdirildi.

Arxitektura üçün keyfiyyət faktoru aşağı temperaturda bir milyona yaxın idi, bu, nano şüa rezonatorunun mikromaqnitlə işləməsinə baxmayaraq, yüksək ardıcıl mexaniki hərəkəti davam etdirə biləcəyini göstərir. Bununla belə, mexaniki rezonatorlar üçün qeydə alınmış ən yüksək keyfiyyət faktoru 10 mlrd.

“Bu birləşmə hələ bu arxitekturanı reallaşdırmaq üçün kifayət qədər güclü olmasa da, biz inanırıq ki, bizi oraya apara biləcək bir sıra real təkmilləşdirmələr var” dedi Fung.

Tədqiqatçılar nanomexaniki rezonatoru olan optik boşluğun tətbiqi üzərində işləyirlər.

Funq izah etdi: “Boşluq bizə nəinki mexaniki hərəkəti daha dəqiq ölçməyə, həm də potensial olaraq mexaniki rezonatoru zəmin vəziyyətinə hazırlamağa imkan verəcək. Bu, bizim edə biləcəyimiz təcrübələri, məsələn, bir kvant məlumatın ötürülməsini xeyli genişləndirir. mexanikaya fırladın və əksinə.”

Tədqiqatçılar həmçinin nanomexaniki rezonatorların müxtəlif kubitlər arasında ideal vasitəçi olduğuna inanırlar, çünki onlar Kulon itələmə və radiasiya təzyiqi kimi müxtəlif qüvvələrlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilirlər.

“Hibrid kvant sistemi müxtəlif növ kubitlərin üstünlüklərindən istifadə edərək onların mənfi cəhətlərini azalda bilər. Onlar çip üzərində hazırlana bildikləri üçün nanomexaniki rezonatorlar elektrik dövrəsi və ya optik boşluq kimi digər komponentlərlə inteqrasiya oluna bilər. uzunmüddətli əlaqə üçün imkanlar,” Funq yekunlaşdırdı.

Ətraflı məlumat: F. Fung et al, Mexaniki vasitəçiliyə malik qarşılıqlı əlaqə və nəqliyyat ilə Spin Qubitlərə əsaslanan proqramlaşdırıla bilən kvant prosessorlarına doğru, Fiziki baxış məktubları (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.263602 . arXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2307.12193