Piillä olevan elektronin spiniin tukeutuva kvanttibitti voi kommunikoida toisen kvanttibitin kanssa, joka sijaitsee sirulla huomattavan etäisyyden päässä. Princentonin yliopistossa todistettu ominaisuus voisi mahdollistaa yhteydet useiden kvanttibittien välillä monimutkaisten laskelmien suorittamiseksi.
- Mahdollisuus lähettää viestejä jonkin etäisyyden yli piisirulla avaa uusia ominaisuuksia kvanttitekniikallemme, kertovat Princetonin fysiikan professori Eugene Higgins ja tutkimuksen johtaja Jason Petta.
Tavoitteena on, että kaksi kvanttibittiä järjestetään kaksiulotteiseen verkkoon, joka voi ajaa entistäkin monimutkaisempia laskelmia. Tutkimus voisi auttaa pitkällä tähtäimellä parantamaan kubittien viestintää sekä sirulla että sirulta toiselle.
Nykyisten kvanttitietokoneiden prototyyppien kubitit on tuotettu suprajohtavilla piireillä. Monet tutkijat pitävät piipohjaisia kubitteja pitkällä aikavälillä lupaavimpana.
Piihin tukeutuvat spin-kubitit säilyttävät kvanttitilansa pidempään kuin kilpailevat tekniikat. Tuttuna materiaalina piipohjaisia kubitteja voitaisiin lisäksi valmistaa edullisemmin.
- Kytkentöjen toteuttaminen useiden kubittien välillä on suurin haaste kohti suuren mittakaavan kvanttitietokonetta. Jason Pettan ryhmä on tehnyt hienoa työtä todistaakseen, että spinkubitteja voidaan kytkeä pitkillä matkoilla, kommentoi Intelin kvanttilaitteistojen johtaja James Clarke, jonka tiimi rakentaa pii-kubitteja käyttämällä yhtiönsä uusinta valmistuslinjaa.
Tämän saavuttamiseksi Princetonin joukkue yhdisti kubitit "johdolla", joka tässä tapauksessa on kapea ontelo. Se sisältää yhden fotonin, joka poimii viestin yhdeltä kubitilta ja välittää sen seuraavalle kubitille.
Kubitit sijaitsivat neljän millimetrin etäisyydellä toisistaan. Keskeinen askel oli löytää tapa saada kubitit ja fotoni puhumaan samaa kieltä virittämällä kaikki kolme värähtelemään samalla taajuudella. Ryhmä onnistui virittämään molemmat kubitit toisistaan riippumatta kytkemällä ne edelleen fotoniin. Aikaisempi arkkitehtuuri salli vain yhden kubitin kytkemisen fotoniin kerrallaan.
Jokainen kubitti koostuu yhdestä elektronista, joka on loukussa kaksinkertaisessa kvanttipisteessä. Täräyttämällä elektronia mikroaaltokentällä tutkijat voivat kääntää sen spiniä ylös tai alas suunnatakseen kubitin kvanttitilan 1 tai 0.
- Tämä on ensimmäinen osoitus elektronien spinien lomittamisesta piillä, jotka on erotettu toisistaan huomattavasti suuremmilla etäisyyksillä kuin rakenteet joissa ne ovat, kertoo Thaldeus Ladd, HRL Laboratoriesin vanhempi tutkija ja hankkeen yhteistyökumppani.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.1.2020
