Новые масштабируемые кубиты упростят создание квантовых процессоров

Предлагаемая архитектура. Глаза обозначают датчики считывания кубитов; серый квадрат иллюстрирует металлические затворы, которыми можно управлять электрически. Местоположения кубитов показаны кружками и эллипсами. Фиолетовый кружок показывает неактивный кубит. Путем удлинения волновой функции частицы (красный и зеленый) выполняются квантовые операции. Соприкасающиеся кубиты могут выполнять так называемое двухкубитное квантовое вентильное действие. Все компоненты необходимы для создания универсального квантового процессора. Автор: Римбах-Расс и др. (PRL, 2025).

Исследователи из QuTech и Делфтского технического университета представили новый тип кубита, который может упростить будущее масштабирование квантовых процессоров. Этот кубит, описанный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, использует отдельные спины дырок, заключенные в полупроводниковых наноструктурах, которыми можно управлять с помощью низкочастотных электрических сигналов.

«Цель нашего исследования — сделать аппаратное обеспечение для квантовых вычислений проще и практичнее с инженерной точки зрения», — рассказал первый автор статьи Максимилиан Римбах-Расс.

Решение проблем масштабирования

Новый тип кубита, названный GS2, был разработан для максимально простого управления. Дизайн команды основан на одной частице, заключенной в полупроводниковой наноструктуре. Кубит кодируется в спине (т.е. угловом моменте) этой частицы.

«В большинстве спиновых кубитов разные спиновые состояния имеют разницу в энергии, из-за которой они постоянно «вращаются», — объяснил Римбах-Расс. — Наш дизайн устраняет это осложнение. Мы «замораживаем» движение, когда операция не выполняется. Это означает, что кубит остается совершенно неподвижным, пока мы не применим управляющий импульс».

Преимущества для квантовых процессоров

Главное преимущество новых кубитов — простота управления. «Простых и коротких электрических импульсов достаточно для универсального управления квантовым процессором, сделанным из таких кубитов», — сказал Римбах-Расс.

Поскольку дизайн команды основан на полупроводниках, процессоры на основе новых кубитов можно будет изготавливать с использованием существующих процессов и оборудования для производства электроники. Сейчас исследователи работают над созданием полноценного квантового процессора на основе своей архитектуры.

Больше информации: Maximilian Rimbach-Russ et al, Gapless Single-Spin Qubit, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/mvtj-zhrl