Nowe nanoprzewodowe kubity mogą umożliwić budowę komputerów kwantowych
Materiały półprzewodnikowe stanowią fundament współczesnych urządzeń elektronicznych. Półprzewodniki są tak rozpowszechnione między innymi dzięki zdolności do kontrolowania przepływu ładunku przy pomocy pól elektrycznych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu HYWIRE (Hybrid nanowire devices for quantum information processing) naukowcy wykorzystali pola elektryczne do kontrolowania nadprzewodzących urządzeń kubitowych z elementami złączy Josephsona wykonanymi z półprzewodnikowych materiałów nanoprzewodowych. Złącza Josephsona są zwykle wykonywane z glinowych (Al) przewodów nadprzewodzących z barierą z tlenku Al. Tym razem jednak naukowcy zastąpili połączenie Al/tlenek Al nanoprzewodem InAs (słabe ogniwo) sprzęgającym dwa półprzewodniki. Aby połączyć nanoprzewód, zespół wykorzystał nadprzewodzące styki Al, starannie wyhodowane metodą epitaksji z wiązki molekularnej, co umożliwiło uzyskanie nieskazitelnych styków nadprzewodnik-półprzewodnik. Poprzez przyłożenie starannie kontrolowanego napięcia do elektrod bramki kubitowej naukowcy byli w stanie precyzyjnie manipulować stanami kubitów. W przeciwieństwie do konwencjonalnych nadprzewodzących kubitów transmonowych, które są kontrolowane za pomocą dużych prądów na układzie, ten kontrolowany przez bramkę transmon ("gatemon") wykorzystuje słabe napięcia rozpraszające. Ponieważ nadprzewodzące urządzenia kubitowe zwykle działają w ultraniskich temperaturach rzędu milikelwina, uzyskanie kubitów kontrolowanych przy pomocy małego napięcia może ułatwić zwiększenie skali architektur. W ramach projektu przetestowano dwie generacje urządzeń. W drugiej, udoskonalonej generacji naukowcy dowiedli, że możliwe jest utrzymanie kruchej informacji kwantowej przez nawet 10 µs. Zespół przeprowadził też eksperymenty na dwukubitowym układzie gatemon, potwierdzając potencjał kubitów gatemonowych w zakresie budowy skalowalnego procesora kwantowego. Oprócz uzyskania nowego rodzaju kubitu zespół opracował też aparaturę umożliwiającą przechwytywanie i precyzyjne umieszczanie poszczególnych nanoprzewodów, co pozwala na kontrolowane montowanie urządzeń nanoprzewodowych. Wyniki tych prac, opisane w czasopismach naukowych, mogą otworzyć drogę ku postępom w dziedzinie komputerów kwantowych.
Słowa kluczowe
Nanoprzewód, komputery kwantowe, kubity, oddziaływania spinowo-orbitalne, HYWIRE, gatemon
