Гибридизация с ядром стабилизирует спин электронного кубита
Журнал Nature Materials рассказал о совместной работе ученых из университета Уорвика (Великобритания), Калифорнийского университета, ETH Zurich (Швейцария) и Национальной лаборатории Сандиа (США) по совершенствованию квантовых вычислений.
Они экспериментировали со спиновыми кубитами, реализованными на примесных атомах висмута в кремниевой кристаллической решетке. Каждый атом висмута имеет свободный электрон, на спиновое состояние которого можно воздействовать внешним магнитным полем. Поляризация спинов таких электронов переключается с использованием микроволн, задавая «нули» и «единицы» квантовых битов.
Однако, такие электроны подвержены влиянию соседних атомов. Спустя незначительный период времени этот фактор вызывает неконтролируемое переключение ориентации спина. В новой работе спин электрона связывался (гибридизовался) со спиновым состоянием ядра атома висмута.
Электронный и ядерный спины авторы статьи описывают как две стрелки компаса, причем вторая — более малоподвижная. Для управления ядерным спином требуются уже не микро-, а радиоволны, при этом инертность делает его более защищенным от паразитного воздействия соседних атомов.
К сожалению, пока осуществляется управление ядром, стабильность спина электрона обычно нарушается. Открытие состоит в том, что при ослаблении магнитного поля ниже какого-то предела происходила гибридизация между электроном и ядром. Новые эксперименты в ETH Zurich показали, что благодаря этому поляризация обоих спинов легко изменяется микроволновым методом — данное явление аналогично ядерному магнитному резонансу, используемому для медицинской визуализации.
Простой новый способ синхронизации медленных и быстрых квантовых битов, по мнению авторов статьи «Quantum control of hybrid nuclear-electronic qubits», станет еще одним маленьким «кирпичиком» в фундамент технологий, которые однажды сделают возможным появление практичных квантовых компьютеров.
Такое уравнение описывает чистые состояния легированного висмутом кремния, для которых достигается максимальная гибридизация ядерного и электронного кубитов