Ar silicis yra tinkama medžiaga kvantiniams prietaisams?

„Kvantinio skaičiavimo ypatybės leistų gerokai paspartinti kai kuriuos algoritmus, – teigia Malkolmas Karolas (Malcolm Carrol) iš Sandijos nacionalinių laboratorijų Naujajame Meksike (JAV). – Tačiau tam visų pirma reikia lengvai valdomos dviejų lygmenų sistemos“. Jis taip pat pažymi, kad padėtį apsunkina kvantinius skaičiavimus smarkiai veikiantys triukšmai. Labai svarbu tinkamai išnaudoti elektronų sukinius – mokslininkams visai neblogai sekasi su galio arsenido kvantiniais taškais, tačiau vėlgi – koją kiša triukšmai.

Vienas iš galimų būdų sumažinti triukšmo poveikį kvantinėms sistemoms yra panaudoti silicį. „Silicio sukiniai pasižymi ilga koherencijos trukme, – aiškina M. Karolas. – Triukšmas silicyje yra prislopinamas, o tai didelis tokios rūšies kvantinio skaičiavimo privalumas, kadangi koherenciją norisi išlaikyti kuo ilgesnį laiką. Vis dėlto izoliuoti ir valdyti silicio sukinius yra tikras iššūkis“.

Tam, kad sugalvotų, kaip izoliuoti ir valdyti silicio sukinius, M. Karolas į pagalbą pasitelkė mokslininkų komandą. Vienas iš komandos narių Tzu Mingas Lu (Tzu-Ming Lu) padėjo įgyvendinti idėją, kurios esmė – valdyti sukinius užtūra, o ne taikyti legiravimo metodus. Šio projekto rezultatai publikuoti „Applied Physics Letters“ žurnale.

„Vienas iš tokio vyksmo privalumų yra didesnis atstumas tarp sukinių ir defektų, – teigia T. Lu. – Elektronų, o tuo pačiu ir reikalingų sukinių, gali suteikti priemaišos. Vis dėlto tokiu atveju defektai atsiduria pakankamai arti. Tam, kad to išvengtume, nes naudojame užtūrą“.

Mokslininko pasiūlytas alternatyvus stiprinimo metodas buvo pristatytas dar šiam būnant studentu Prinstono universitete (JAV) – tąkart pasiektas judrio pasaulio rekordas. Vis dėlto fizinė sistemos apimtis buvo per didelė, kad ją būtų galima efektyviai taikyti atliekant kvantinius skaičiavimus. „Mes paėmėme didelio mastelio lauko tranzistoriaus struktūrą ir pritaikėme ją kelių elektronų kvantiniam taškui, – įsiterpia M. Karolas. – Mes jį sumažinome, kad galėtume geriau valdyti pavienius šios sistemos elektronus“.

Ši struktūra iš tikrųjų yra didesnė už kvantinį tašką, nes tai dvigubas kvantinis taškas. „Taškai yra patalpinti vienas šalia kita, tad tokia užtūros struktūra leidžia lengviau valdyti šios įrenginio sukinius“, – teigia mokslininkas.

Tačiau kodėl pasirinktas silicis? Kaip pažymi M. Karolas, tyrėjai gali išnaudoti ilgesnę koherencijos trukmę. Esant žemai temperatūrai silicis pasižymi mažesniu triukšmų lygiu. Be to, jau sukurta didžiulė silicio pramonė. „Juk mes turime ištisą silicio pramonę, kuri gamina įrenginius, – sako T. Lu. – Žmonės įpratę dirbti su siliciu, tad galima išnaudoti elektronams švarią aplinką, taip sumažindami galimų nežinomų triukšmų įtaką“.

Dabar, kai Sandijos laboratorijų mokslininkams pavyko pademonstruoti, jog kelių elektronų įrenginyje įmanoma valdyti silicio kvantinius taškus, reikia žengti kitus žingsnius. „Mes nesame tikri, ar mūsų įrenginys jau yra pakankamai mažas. Be to, šis įrenginys pasižymėjo tam tikru nestabilumu. Mes pabandėme kitokią konstrukciją ir norime pažiūrėti, ar nestabilumo problema buvo pašalinta“.

„Šioje srityje pasiekiamas vis didesnis progresas, tad mes nesame vieninteliai, – apibendrina tyrėjas. – Silicis yra daug žadanti medžiaga, nes pasižymi ilga koherencijos trukme. Sukinių izoliavimo ir valdymo metodas yra perspektyvus, tad tikimės, jog mokslininkai ilgainiui supras silicio privalumus, tinkamus kvantiniam skaičiavimui“.

Aktualios nuorodos

Vaizdinė CAPTCHA užduotis