Australische wetenschappers hebben nieuwe richtingen onderzocht om qubits op te schalen - gebruikmakend van de spin-baankoppeling van atoomqubits - door een nieuwe reeks hulpmiddelen aan het arsenaal toe te voegen.

Spin-baan koppeling, de koppeling van de orbitale en spin vrijheidsgraad van de qubits, maakt de manipulatie van de qubit via elektrische, in plaats van magnetische velden. Door de elektrische dipoolkoppeling tussen qubits te gebruiken, kunnen ze verder uit elkaar worden geplaatst, waardoor flexibiliteit in het chipfabricageproces wordt geboden.

In een van deze benaderingen gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , een team van wetenschappers onder leiding van UNSW-professor Sven Rogge onderzocht de spin-baankoppeling van een booratoom in silicium.

"Enkele booratomen in silicium zijn een relatief onontgonnen kwantumsysteem, maar ons onderzoek heeft aangetoond dat spin-baankoppeling veel voordelen biedt voor het opschalen naar een groot aantal qubits in kwantumcomputers", zegt professor Rogge, Programmamanager bij het Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T).

In navolging van eerdere resultaten van het UNSW-team, vorige maand gepubliceerd in Fysieke beoordeling X , Rogge's groep heeft zich nu gericht op het toepassen van snelle uitlezing van de spintoestand (1 of 0) van slechts twee booratomen in een extreem compact circuit dat allemaal is ondergebracht in een commerciële transistor.

"Booratomen in silicium koppelen efficiënt aan elektrische velden, waardoor snelle qubit-manipulatie en qubit-koppeling over grote afstanden mogelijk is. De elektrische interactie maakt ook koppeling met andere kwantumsystemen mogelijk, het openen van de perspectieven van hybride kwantumsystemen, ' zegt Rogge.

Een ander recent onderzoek door het team van professor Michelle Simmons bij UNSW heeft ook de rol van spinbaankoppeling in op atomen gebaseerde qubits in silicium benadrukt, dit keer met fosforatoomqubits. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in npj Quantum-informatie .

Het onderzoek leverde verrassende resultaten op. Voor elektronen in silicium - en in het bijzonder die gebonden aan fosfordonorqubits - werd spinbaancontrole algemeen als zwak beschouwd, wat aanleiding geeft tot secondenlange spin-levensduren. Echter, de laatste resultaten onthulden een voorheen onbekende koppeling van de elektronenspin aan de elektrische velden die typisch worden aangetroffen in apparaatarchitecturen die zijn gemaakt door stuurelektroden.

"Door zorgvuldige uitlijning van het externe magnetische veld met de elektrische velden in een atomair geconstrueerd apparaat, we hebben een middel gevonden om de levensduur van deze spin te verlengen tot minuten, " zegt professor Michelle Simmons, Regisseur, CQC2T.

"Gezien de lange spincoherentietijden en de technologische voordelen van silicium, deze nieuw ontdekte koppeling van de donorspin met elektrische velden biedt een pad voor elektrisch aangedreven spinresonantietechnieken, veelbelovende hoge qubit-selectiviteit, ' zegt Simmons.

Beide resultaten benadrukken de voordelen van het begrijpen en beheersen van spin-baankoppeling voor grootschalige kwantumcomputerarchitecturen.

Het commercialiseren van silicium quantum computing IP in Australië

Sinds mei 2017, Australië's eerste kwantumcomputerbedrijf, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), heeft gewerkt aan het creëren en commercialiseren van een kwantumcomputer op basis van een reeks intellectuele eigendommen die zijn ontwikkeld in het Australian Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T). Het doel is om tegen 2022 een prototype van 10 qubits in silicium te produceren als de voorloper van een op silicium gebaseerde kwantumcomputer op commerciële schaal.

Naast het ontwikkelen van zijn eigen gepatenteerde technologie en intellectueel eigendom, SQC zal blijven samenwerken met CQC2T en andere deelnemers aan de Australische en internationale Quantum Computing-ecosystemen, het bouwen en ontwikkelen van een silicium-quantumcomputerindustrie in Australië en, uiteindelijk, om zijn producten en diensten op de wereldmarkt te brengen.