Мобильные кубиты на кремниевом чипе приблизили масштабируемые квантовые компьютеры

Ключевая идея эксперимента — отказаться от полностью фиксированных кубитов. В традиционных архитектурах кубиты обычно могут взаимодействовать главным образом с ближайшими соседями, что усложняет масштабирование квантовых процессоров. Команда использовала подход conveyor-mode shuttling: электроны переносятся по чипу движущимися электрическими полями.

Устройство представляло собой кремниевый чип с линейным массивом квантовых точек — микроскопических ловушек для отдельных электронов. Два электрона, выступавшие в роли кубитов, разместили в отдельных квантовых точках на разных концах устройства. Затем исследователи подали согласованную последовательность напряжений на металлические затворы, сформировав движущиеся электрические области, которые перенесли электроны к центру.

Когда электроны сблизились, их квантовые состояния начали взаимодействовать. Так команда продемонстрировала двухкубитные операции между двумя спинами электронов, которые двигались навстречу друг другу в отдельных потенциальных минимумах. После выполнения операции электрические сигналы развернули, а электроны вернули в исходные позиции для считывания данных.

Во втором эксперименте авторы показали квантовую телепортацию состояния на чипе. Для этого они запутали два электрона, разделили их на разные участки устройства, затем ввели третий кубит и с помощью запутанной пары передали его квантовое состояние другому электрону.

Важная деталь — работа выполнена на кремниевой платформе. Это не означает готовности к промышленному производству квантовых компьютеров, но делает архитектуру потенциально ближе к технологиям, которые уже используются в современной полупроводниковой индустрии.

Авторы считают, что операции с мобильными кубитами могут стать универсальной частью будущих крупномасштабных полупроводниковых квантовых процессоров. При этом до практических массовых систем остаются нерешённые вопросы: в опубликованном пересказе не приводятся точность двухкубитных операций, длина переноса электронов, скорость shuttling и параметры успешности телепортации.

Исследование важно не обещанием «домашних» квантовых компьютеров в ближайшее время, а демонстрацией архитектурного принципа. Если кубиты можно надёжно перемещать по чипу, их взаимодействия становятся гибче, а проектирование больших квантовых процессоров — менее зависимым от ограничений соседних связей.

Источник: Phys.org