کوپل شدن قابل تنظیم دو کیوبیت اسپینی ابررسانای دور از هم

خلاصه خبر:

محققان کوپل شدن قوی و قابل تنظیم بین دو «کیوبیت اسپین آندریف» دوردست را نشان داده‌اند - نوع جدیدی از کیوبیت که مزایای فن‌آوری‌های ابررسانا و نیمه‌رسانا را با هم ترکیب می‌کند. این تیم با ساخت یک مدار ابررسانا با نقاط کوانتومی نیمه هادی تعبیه شده، دو حلقه ابررسانا کوپل شده ایجاد کردند که در آن جریان به وضعیت اسپین الکترون های به دام افتاده بستگی دارد. این اجازه میدهد تا دو اسپین از طریق ابر جریان کوپل شوند و قدرت کوپلینگ با تنظیم میدان های مغناطیسی یا ولتاژ گیت کنترل شود. این پیشرفت بر محدودیت‌های مجاورت کیوبیت‌های نیمه‌رسانای سنتی غلبه کرده و انعطاف‌ بیشتری را در طراحی سخت‌افزار محاسبات کوانتومی فراهم میکند. این کار نشان دهنده گامی مهم به سوی کامپیوترهای کوانتومی مقیاس پذیر و با کارایی بالا بر اساس معماری های ترکیبی ابررسانا-نیمه هادی است.

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه صنعتی  Delft با نشان دادن کوپلینگ قوی و قابل تنظیم بین دو «کیوبیت اسپین آندریف» (Andreev spin qubits) از راه دور، به پیشرفت مهمی در محاسبات کوانتومی دست یافته‌اند. کیوبیت‌های اسپین آندریف مزایای فناوری‌های کیوبیت ابررسانا و نیمه‌رسانا را با هم ترکیب می‌کنند و از خواص هر یک برای ذخیره و دستکاری اطلاعات کوانتومی استفاده می‌کنند.

در آزمایش خود، محققان یک مدار ابررسانا با دو نانوسیم نیمه هادی که در بالای آن قرار گرفته بودند، ساختند. این دو حلقه ابررسانا ایجاد کرد که هر یک حاوی یک نقطه کوانتومی نیمه هادی بود که می توانست یک اسپین الکترون را به دام بیندازد. جریان در اطراف این حلقه ها به وضعیت اسپین الکترون های به دام افتاده بستگی دارد و به دو اسپین اجازه می دهد تا از طریق ابرجریان کوپل شوند.

مهمتر از همه، محققان دریافتند که این کوپلینگ اسپین- اسپین را می توان به راحتی با تنظیم میدان مغناطیسی یا ولتاژ گیت اعمال شده به سیستم کنترل و تنظیم کرد. این قابلیت نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه است، زیرا امکان جفت یا کوپل کردن کیوبیت های دور را بدون الزامات نزدیکی دقیق رویکردهای مبتنی بر نیمه هادی سنتی فراهم می کند.

توانایی کوپل  کردن کیوبیت ها در فواصل طولانی تر، انعطاف پذیری بیشتری را در طراحی و بسته بندی سخت افزار محاسبات کوانتومی فراهم می کند. این می‌تواند با اجازه دادن به کیوبیت‌ها بدون تداخل نزدیک‌تر به هم، امکان تحقق رایانه‌های کوانتومی سریع‌تر و مقیاس‌پذیرتر را فراهم کند.

در آینده، محققان قصد دارند مواد نیمه هادی تمیزتری مانند ژرمانیوم را برای بهبود زمان همدوسی کیوبیت های اسپین آندریف بررسی کنند. در نهایت، این پیشرفت، پتانسیل سیستم‌های ابررسانا-نیمه رسانای ترکیبی را برای غلبه بر چالش‌های کلیدی در محاسبات کوانتومی و سرعت بخشیدن به پیشرفت به سمت دستگاه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد.

منبع

Marta Pita-Vidal et al, Strong tunable coupling between two distant superconducting spin qubits, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02497-x