یک نقطه کوانتومی اضافی به تعادل سرعت و ثبات در کیوبیت های اسپین کمک می کند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

کامپیوترهای کوانتومی به کیوبیت هایی نیاز دارند که هم سریع و هم با اطمینان قابل کنترل باشند. با این حال، سریع‌تر کردن کیوبیت‌های اسپین نیمه‌رسانا، اغلب آن‌ها را نسبت به نویز الکتریکی حساس‌تر می‌کند و یک مبادله دشوار ایجاد می‌کند.

محققان دانشگاه اوزاکا و همکارانشان اکنون راهی برای کاهش این محدودیت با افزودن یک نقطه کوانتومی اضافی نشان داده‌اند که اجازه می‌دهد پس از ساخت دستگاه، مقاومت سرعت و نویز به‌طور مستقل تنظیم شود.

این تحقیق در مجله npj Quantum Information منتشر شده است.

نقاط کوانتومی مناطق کوچکی در یک نیمه هادی هستند که می توانند تک تک الکترون ها را محدود کنند. در کیوبیت‌های اسپینی با حالت فلاپینگ معمولی، از دو نقطه کوانتومی برای حرکت الکترون بین مکان‌ها استفاده می‌شود که امکان کنترل الکتریکی سریع اسپین آن را فراهم می‌کند. با این حال، همان شرایطی که سرعت کار را افزایش می دهد می تواند کیوبیت را در برابر نوسانات ولتاژ کوچک آسیب پذیرتر کند.

محققان سومین نقطه کوانتومی کمکی را اضافه کردند که انرژی آن می تواند به صورت الکتریکی تنظیم شود. آنها با تنظیم این نقطه اضافی، ساختار انرژی مداری الکترون را تغییر شکل دادند، استراتژی که آنها را مهندسی باند مداری می نامند. این یک منطقه عملیاتی وسیع تری ایجاد کرد که نسبت به نویز ولتاژ حساسیت کمتری داشت و در عین حال جفت قوی مورد نیاز برای کنترل اسپین سریع را حفظ کرد.

این تیم به فرکانس های کاری بالای 100 مگاهرتز دست یافت که تحت شرایط تنظیم دیگری به 20 ± 271 مگاهرتز رسید.

آنها همچنین طراحی دستگاه را با بازخورد مبتنی بر یادگیری ماشین ترکیب کردند که به طور مداوم تغییرات آهسته فرکانس کیوبیت را اصلاح می کرد. این امر زمان تخمینی کاهش فاز را از حدود 52 نانوثانیه به 580 نانوثانیه افزایش داد. بنچمارک تصادفی شده وفاداری گیت 4 نانوثانیه ای 99.56 درصد با بازخورد را نشان داد که با بهینه سازی پالس اضافی به 99.72 درصد افزایش یافت.

تکافومی فوجیتا می‌گوید: «در نقاط کوانتومی GaAs، نویز مغناطیسی کنترل سریع الکتریکی را از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌کند، در حالی که کنترل الکتریکی نیز نویز ولتاژ را مرتبط می‌کند. با افزودن یک نقطه کوانتومی کمکی، درجه آزادی بیشتری را برای تنظیم فرکانس کیوبیت معرفی کردیم و می‌توانیم مناطق عملیاتی را که حساسیت کمتری به نویز الکتریکی دارند، کشف کنیم.

این رویکرد می‌تواند یک اصل طراحی مفید برای تصحیح تغییرات دستگاه به دستگاه پس از ساخت ارائه کند، که یک چالش کلیدی در مقیاس‌بندی رایانه‌های کوانتومی نیمه‌رسانا به تعداد بسیار زیادی کیوبیت است. محققان انتظار دارند که این مفهوم می تواند برای کیوبیت های اسپین مبتنی بر سیلیکون و ژرمانیوم نیز به کار رود.

Y. Matsumoto و همکاران، عملیات تک چرخشی حالت فلاپینگ با وفاداری بالا از طریق مهندسی باند مداری سه نقطه، اطلاعات کوانتومی npj (2026). DOI: 10.1038/s41534-026-01400-1

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →