Инженеры UNSW заставили атомные ядра «общаться» на расстоянии для квантовых вычислений

Художественное изображение двух ядерных спинов, удалённо запутанных через геометрический вентиль, применённый через электрон. Автор: Тони Мелов / UNSW Sydney

Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) совершили прорыв в квантовых вычислениях: они создали «квантово запутанные состояния», используя спины двух атомных ядер. Такие состояния запутанности — ключевой ресурс, дающий квантовым компьютерам преимущество перед обычными.

Исследование опубликовано в журнале Science и является важным шагом к созданию крупномасштабных квантовых компьютеров.

Ведущий автор доктор Холли Стемп отмечает, что достижение открывает потенциал для создания будущих микрочипов для квантовых вычислений с использованием существующих технологий и производственных процессов.

Мы добились успеха в том, чтобы заставить самые чистые, наиболее изолированные квантовые объекты общаться друг с другом в масштабе, в котором в настоящее время производятся стандартные кремниевые электронные устройства.

До сих пор единственным способом управления несколькими атомными ядрами было их размещение очень близко друг к другу внутри твёрдого тела и окружение одним и тем же электроном. Новая методика позволяет ядрам взаимодействовать на расстоянии около 20 нанометров — это масштаб современных кремниевых компьютерных чипов.

Если масштабировать каждое ядро до размера человека, расстояние между ядрами было бы примерно таким же, как между Сиднеем и Бостоном!

Метод использует электроны в качестве «телефонов»: два электрона могут «касаться» друг друга на расстоянии, и если каждый электрон напрямую связан с атомным ядром, ядра могут общаться через это.

Профессор Андреа Морелло подчёркивает, что этот подход remarkably robust and scalable (удивительно надежен и масштабируем). Электроны легко перемещать и «формировать», что позволяет быстро и точно включать и выключать взаимодействия — именно то, что нужно для масштабируемого квантового компьютера.

Устройства, созданные исследователями, остаются принципиально совместимыми с тем, как строятся все современные компьютерные чипы. Это означает, что можно адаптировать производственные процессы, разработанные триллионной полупроводниковой промышленностью, для строительства квантовых компьютеров на основе спинов атомных ядер.