Сотрудники Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского представили новую разновидность кубитов, основанную на искусственно созданных атомах. Ожидается, что они будут способствовать продвижению отечественных разработок в сферах микроэлектроники и спинтроники.

Ученые подчеркивают, что этот прорыв важен для совершенствования полупроводниковых платформ квантовых вычислений благодаря способности новых кубитов качественно хранить и преобразовывать квантовую информацию.

В ходе работ исследователи рассчитали условия для контроля двух параметров кубита: заряда и его вращательного момента — спина.

«С помощью электрического поля мы управляем и зарядом, и вектором вращения кубита, что позволяет строить более сложные, но миниатюрные квантовые системы. Разработка базовых технологий для квантовых вычислений, включая гибридные кубиты на полупроводниковых гетероструктурах, является приоритетным направлением развития российской наноэлектроники», — сообщили исследователи.

Они считают, что успешная реализация управляемых кубитов, объединяющих свойства заряда и спина с возможностью стабилизации состояний, может стать «ключевым шагом в создании масштабируемых квантовых процессоров».

Исследование также показало неизвестный ранее эффект спиновой памяти в гибридных кубитах. Контролируя состояние квантовых частиц с помощью электрического поля, возможно «запереть» кубит на определенном энергетическом уровне. Эффект позволяет сохранять квантовое состояние частицы на время, превышающее характерное время жизни спинового состояния. Это открывает новые перспективы для создания энергонезависимых элементов квантовой памяти с электрическим управлением, необходимых для развития полномасштабных квантовых компьютеров.

Система реализована на основе арсенида галлия — широко распространенного полупроводникового материала с изученными свойствами. В будущем это позволит масштабировать исследование и интегрировать разработку в различные типы квантовых устройств.

Следующими целями исследователей являются углубленное изучение феномена спиновой памяти, усовершенствование квантовых операций в гибридных системах кубитов и создание методик исправления возникающих ошибок.