Квантова електроніка суттєво відрізняється від традиційної електроніки. У традиційних системах пам’ять зберігається у двійкових цифрах. Навпаки, квантова електроніка використовує кубіти для зберігання, які можуть приймати різні форми, включаючи електрони, захоплені в наноструктури, відомі як квантові точки. З усім тим, здатність передавати інформацію за межі сусідньої квантової точки становить суттєву проблему, тим самим обмежуючи можливості дизайну для кубітів.
Зараз у дослідженні, нещодавно опублікованому в Physical Review Letters, дослідники з Інституту промислової науки Токійського університету вирішують цю проблему: вони розробили нову технологію передачі квантової інформації на відстані від десятків до ста мікрометрів. Цей прогрес може покращити функціональність майбутньої квантової електроніки.
Механізм передачі
Як дослідники можуть передавати квантову інформацію від однієї квантової точки до іншої на тому самому чіпі квантового комп’ютера? Одним із способів може бути перетворення електронної (матерії) інформації в світлову (електромагнітну хвилю) інформацію: шляхом генерації гібридних станів світло-матерія. Попередні роботи були несумісні з одноелектронними потребами квантової обробки інформації. Метою дослідження дослідницької групи було вдосконалення високошвидкісної передачі квантової інформації шляхом більш гнучкого дизайну та сумісності з інструментами виготовлення напівпровідників, які зараз доступні.
«У нашій роботі ми з’єднуємо кілька електронів у квантовій точці з електричним ланцюгом, відомим як терагерцовий резонатор із розділеним кільцем», — пояснює Казуюкі Курояма, провідний автор дослідження. «Дизайн простий і підходить для великомасштабної інтеграції».
Попередня робота ґрунтувалася на з’єднанні резонатора з групою від тисяч до десятків тисяч електронів. Насправді сила зчеплення базується на великому розмірі цього ансамблю. На відміну від цього, сучасна система обмежує лише кілька електронів, що підходить для квантової обробки інформації. З усім тим, як електрони, так і терагерцові електромагнітні хвилі обмежені надмалою областю. Тому сила зв’язку порівнянна за силою з багатоелектронними системами.
«Ми раді, тому що ми використовуємо структури, які широко поширені в передовій нанотехнології – і зазвичай інтегровані у виробництво напівпровідників – щоб допомогти вирішити практичну проблему квантової передачі інформації», – говорить Казухіко Хіракава, старший автор. «Ми також з нетерпінням чекаємо застосування наших висновків для розуміння фундаментальної фізики зв’язаних станів світло-електрон».
Ця робота є важливим кроком вперед у вирішенні раніше неприємної проблеми передачі квантової інформації, яка має обмежене застосування лабораторних результатів. Крім того, таке взаємоперетворення світло-матерія вважається однією з основних архітектур для великомасштабних квантових комп’ютерів на основі напівпровідникових квантових точок. Оскільки результати дослідників базуються на матеріалах і процедурах, які є звичайними у виробництві напівпровідників, практична реалізація має бути простою.