Сотрудники Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ им. Н. И. Лобачевского) создали новый тип кубитов на основе искусственных атомов, который позволит развивать российские технологии в микроэлектронике и спинтронике. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

«Физики ННГУ им. Н. И. Лобачевского создали новый тип кубитов на основе искусственных атомов, что открывает перспективы для развития полупроводниковой платформы квантовых вычислений. Такие кубиты способны эффективно кодировать и обрабатывать квантовую информацию», — отметили в пресс-службе.

Исследователи впервые в России рассчитали условия для контроля сразу двух параметров кубита: заряда и его вращательного момента — спина. Это открывает путь к созданию более стабильных и управляемых квантовых устройств. Проект выполнен учеными физического факультета университета Лобачевского при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и в рамках государственного задания.

«С помощью электрического поля мы управляем и зарядом, и вектором вращения кубита, что позволяет строить более сложные, но миниатюрные квантовые системы. Разработка базовых технологий для квантовых вычислений, включая гибридные кубиты на полупроводниковых гетероструктурах, является приоритетным направлением развития российской наноэлектроники. Реализация управляемых спин-зарядовых кубитов с динамической стабилизацией состояний может стать ключевым шагом в создании масштабируемых квантовых процессоров», — сообщила соавтор исследования, доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Марина Бастракова.

Исследование также показало неизвестный ранее эффект спиновой памяти в гибридных кубитах. Контролируя состояние квантовых частиц с помощью электрического поля, возможно «запереть» кубит на определенном энергетическом уровне. Эффект позволяет сохранять квантовое состояние частицы на время, превышающее характерное время жизни спинового состояния. Это открывает новые перспективы для создания энергонезависимых элементов квантовой памяти с электрическим управлением, необходимых для развития полномасштабных квантовых компьютеров.

«Любая система стремится к минимуму энергии, частицы переходят на все более низкие уровни, поэтому зафиксировать нужные значения кубитов длительно почти невозможно, но нам это удалось. В переменном электрическом поле мы задержали кубит в нужном нам состоянии. За это время в квантовых приложениях можно успеть провести необходимые операции», — пояснил автор исследования, доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Денис Хомицкий.

Перспективы разработки

Система реализована на основе арсенида галия — широко распространенного полупроводникового материала с хорошо изученными свойствами. В будущем это позволит масштабировать исследование и интегрировать разработку в различные типы квантовых устройств.

В ближайших планах ученых продолжить изучение эффекта спиновой памяти, оптимизацию квантовых операций в гибридных спин-зарядовых кубитных регистрах и разработку методов коррекции квантовых ошибок. Это необходимо для создания квантовых процессоров.