Полупроводниковые кубиты в двух измерениях

Сердце любого компьютера, его центральный , построен с использованием полупроводниковой и, которая позволяет разместить миллиарды транзисторов на одном кристалле. Теперь исследователи из группы Менно Вельдхорста из QuTech, сотрудничества между TU Delft и TNO, показали, что эту технологию можно использовать для создания двумерного массива ов, который будет функционировать как квантовый процессор. Их работа, ставшая важной вехой для масштабируемой квантовой технологии, была опубликована сегодня в .


Квантовые компьютеры могут решать проблемы, которые невозможно решить с помощью классических компьютеров. В то время как нынешние квантовые устройства содержат десятки кубитов — основной строительный блок квантовой технологии — будущий универсальный , способный ать любой квантовый алгоритм, вероятно, будет состоять из миллионов или миллиардов кубитов. Кубиты с квантовыми точками обещают стать масштабируемым подходом, поскольку они могут быть определены с использованием стандартных технологий производства полупроводников. Велдхорст: «Поместив четыре таких кубита в сетку два на два, продемонстрировав универсальный контроль над всеми кубитами и запустив квантовую схему, которая запутывает все кубиты, мы сделали важный шаг вперед в реализации масштабируемого подхода к квантовым вычислениям. ‘

Целый квантовый процессор

Электроны, захваченные в квантовые точки, полупроводниковые структуры размером всего в несколько десятков нанометров, изучаются более двух десятилетий в качестве платформы для квантовой информации. Несмотря на все обещания, масштабирование за пределы двухкубитной логики остается труднодостижимым. Чтобы преодолеть этот барьер, группы Менно Вельдхорста и Джордано Скаппуччи решили использовать совершенно другой подход и начали работать с дырками (то есть с недостающими электронами) в германии. Используя этот подход, те же ы, которые необходимы для определения кубитов, также можно использовать для управления и запутывания их. «Рядом с каждым кубитом не нужно добавлять никаких больших дополнительных структур, так что наши кубиты почти идентичны транзисторам в компьютерном чипе», — говорит Нико Хендрикс, аспирант группы Менно Вельдхорста и первый автор . «Кроме того, мы получили отличный контроль и можем соединять кубиты по своему желанию, что позволяет нам программировать вентили с одним, двумя, тремя и четырьмя кубитами, обещая очень компактные квантовые схемы».

2D — ключ к успеху

После успешного создания первого кубита с германиевыми квантовыми точками в 2019 году количество кубитов на их чипах ежегодно удваивается. «Конечно, из четырех кубитов нельзя сделать универсальный квантовый компьютер», — говорит Велдхорст. «Но, поместив кубиты в сетку два на два, мы теперь знаем, как управлять и связывать кубиты в разных направлениях». Любая реалистичная архитектура для интеграции большого количества кубитов требует, чтобы они были взаимосвязаны по двум измерениям.

Германий как универсальная платформа

Демонстрация логики четырех кубитов в германии определяет современное состояние области квантовых точек и знаменует собой важный шаг к плотным и расширенным двумерным сеткам полупроводниковых кубитов. Помимо совместимости с передовым производством полупроводников, германий также является очень универсальным материалом. Он обладает захватывающими физическими свойствами, такими как спин-льная связь, и может контактировать с такими материалами, как . Поэтому германий считается отличной платформой для нескольких квантовых технологий. Велдхорст: «Теперь, когда мы знаем, как производить германий и управлять массивом кубитов, можно по-настоящему начать путь квантовой информации германия».