97889 64456 72312 47532 85224 72311 99738 05314 18822 88877 83701 91188 72106 98803 83485 70762 67561 00923 55229 06479 57972 59061 74949 93171 14807 03728 86417 14924 55271 76483 09709 80826 48003 69756 41326 33857 90179 16007 50123 74390 32549 30315 44217 63317 75601 80709 41762 62320 18455 61834 28274 17965 11564 40730 97515 38882 00045 18375 34435 87730 65633 86354 42635 03181 37624 00288 29224 98754 64198 42645 13159 80277 57942 84214 09885 11406 37363 27238 16160 82824 82750 03902 45252 98749 86602 85405 74120 11069 70749 63642 54482 33973 81058 25338 11638 53184 38067 75862 58160 05931 81160 94118 63131 11678 37627 13358 15577 41533 20376 02073 54475 97260 40548 91470 84971 47067 00960 20371 54295 32383 70544 08125 72446 96640 07075 16165 30869 08344 20223 85830 11652 84248 58240 18720 83640 74865 63798 26432 11368 91553 98930 40390 63732 07578 52004 83379 91665 87295 27594 70342 33614 00445 56766 74846 32119 67664 51801 34739 44392 32414 80290 43295 50949 32938 59188 82226 64963 12065 07486 96473 17151 41690 05059 80565 72757 89563 68610 87113 78719 74762 26213 13426 23716 54025 70952 73308 30338 98371 80443 39662 15506 33308 53719 47268 57523 71539 98084 43052 68615 92226 35372 86296 82533 08533 12606 77475 19780 50069 42332 94775 84463 97795 86712 89454 36026 27730 87899 25252 69813 38682 Die abstimmbare Kopplung zweier entfernter supraleitender Spin-Qubits – MJRBJC
Die abstimmbare Kopplung zweier entfernter supraleitender Spin-Qubits

Der komplette Chip montiert auf einer gedruckten Schaltung. Bildnachweis: Pita-Vidal, Wesdorp et al.

Quantencomputer, Computergeräte, die die Prinzipien der Quantenmechanik nutzen, könnten bei einigen komplexen Optimierungs- und Verarbeitungsaufgaben die klassische Informatik übertreffen. In Quantencomputern werden klassische Informationseinheiten (Bits), die einen Wert von 1 oder 0 haben können, durch Quantenbits oder Qubits ersetzt, die gleichzeitig eine Mischung aus 0 und 1 sein können.

Bisher wurden Qubits mithilfe verschiedener physikalischer Systeme hergestellt, von Elektronen über Photonen bis hin zu Ionen. In den letzten Jahren haben einige Quantenphysiker mit einer neuen Art von Qubits experimentiert, den sogenannten Andreev-Spin-Qubits. Diese Qubits nutzen die Eigenschaften supraleitender und Halbleitermaterialien, um Quanteninformationen zu speichern und zu manipulieren.

Ein Forscherteam der Technischen Universität Delft unter der Leitung von Marta Pita-Vidal und Jaap J. Wesdorp hat kürzlich die starke und einstellbare Kopplung zwischen zwei entfernten Andreev-Spin-Qubits demonstriert. Ihr Artikel, veröffentlicht in Natürliche Physikkönnte den Weg für die effiziente Realisierung von Zwei-Qubit-Gattern zwischen entfernten Spins ebnen.

„Die jüngste Arbeit ist im Wesentlichen eine Fortsetzung unserer Arbeit, die letztes Jahr veröffentlicht wurde Naturphysik„, sagte Christian Kraglund Andersen, korrespondierender Autor des Artikels, gegenüber Phys.org. „In dieser früheren Arbeit haben wir einen neuen Qubit-Typ namens Andreev-Spin-Qubit untersucht, der bereits zuvor von Yale-Forschern nachgewiesen wurde.“ “

Andreevs Spin-Qubits nutzen gleichzeitig die vorteilhaften Eigenschaften supraleitender und Halbleiter-Qubits. Diese Qubits entstehen im Wesentlichen durch die Integration eines Quantenpunkts in ein supraleitendes Qubit.

„Sobald das neue Qubit etabliert war, war die nächste natürliche Frage, ob wir zwei davon koppeln könnten“, sagte Andersen. „Ein 2010 veröffentlichtes theoretisches Papier schlug eine Methode zur Kopplung zweier dieser Qubits vor, und unser Experiment ist das erste, das diesen Vorschlag in der realen Welt umsetzt.“

Die abstimmbare Kopplung zweier entfernter supraleitender Spin-Qubits

Ein Zoom auf das Gerät. Links ist ein supraleitendes Qubit (rot) mit Auslese- und Steuerleitungen dargestellt. Andreevs zwei Spin-Qubits befinden sich im kleinen gepunkteten Kästchen. Rechts eine Vergrößerung des Teils mit den beiden Andreev-Spins in den beiden supraleitenden Schleifen. Bildnachweis: Pita-Vidal, Wesdorp et al.

Im Rahmen ihrer Studie stellten Andersen und seine Kollegen zunächst einen supraleitenden Schaltkreis her. Anschließend lagerten sie mit einer präzise gesteuerten Nadel zwei Halbleiter-Nanodrähte auf diesem Schaltkreis ab.

„Durch die Art und Weise, wie wir den Schaltkreis entworfen haben, haben die kombinierten Schaltkreise aus Nanodrähten und Supraleitern zwei supraleitende Schleifen geschaffen“, erklärte Andersen. „Die Besonderheit dieser Schleifen besteht darin, dass ein Teil jeder Schleife ein Halbleiter-Quantenpunkt ist. In dem Quantenpunkt können wir ein Elektron einfangen. Interessant ist, dass der Strom, der um die Schleifen fließt, nun vom Spin des eingefangenen Elektrons abhängt.“ Dieser Effekt ist interessant, weil er es uns ermöglicht, einen Superstrom aus Milliarden von Cooper-Paaren mit einem einzigen Spin zu steuern.

Der kombinierte Strom der beiden von den Forschern hergestellten gekoppelten supraleitenden Schleifen hängt letztendlich vom Spin in den beiden Quantenpunkten ab. Das bedeutet auch, dass die beiden Spins über diesen Superstrom gekoppelt sind. Bemerkenswert ist, dass diese Kopplung auch leicht gesteuert werden kann, entweder über das durch die Schleifen fließende Magnetfeld oder durch Modulation der Gate-Spannung.

„Wir haben gezeigt, dass wir mithilfe eines Supraleiters tatsächlich Rotationen über ‚lange‘ Distanzen koppeln können“, sagte Andersen. „Normalerweise tritt Spin-Spin-Kopplung nur dann auf, wenn zwei Elektronen sehr nahe beieinander sind. Beim Vergleich von Qubit-Plattformen auf Halbleiterbasis mit denen auf Basis supraleitender Qubits ist diese Anforderung an die Nähe l „einer der architektonischen Nachteile von Halbleitern.“

Supraleitende Qubits sind bekanntermaßen sperrig und nehmen daher viel Platz in einem Gerät ein. Der von Andersen und Kollegen eingeführte neue Ansatz ermöglicht eine größere Flexibilität beim Design von Quantencomputern, indem er die Kopplung und Zusammenführung von Qubits über große Entfernungen ermöglicht.

Diese aktuelle Studie könnte bald neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsstarker Quantencomputergeräte eröffnen. In ihren nächsten Studien planen die Forscher, den vorgeschlagenen Ansatz auf eine größere Anzahl von Qubits auszuweiten.

„Wir haben sehr gute Gründe zu der Annahme, dass unser Ansatz erhebliche architektonische Fortschritte für die Kopplung mehrerer Spin-Qubits bringen könnte“, fügte Andersen hinzu. „Allerdings gibt es auch experimentelle Herausforderungen. Die aktuellen Kohärenzzeiten sind nicht sehr gut und wir gehen davon aus, dass das Kernspinbad des von uns verwendeten Halbleiters (InAs) daran schuld ist. Deshalb würden wir beispielsweise gerne auf eine sauberere Plattform umsteigen.“ auf Germaniumbasis, um die Konsistenzzeiten zu verlängern.“

Mehr Informationen:
Marta Pita-Vidal et al., Starke abstimmbare Kopplung zwischen zwei entfernten supraleitenden Spin-Qubits, Natürliche Physik (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02497-x

© 2024 Science X Network

Zitat: Die abstimmbare Kopplung zweier entfernter supraleitender Spin-Qubits (22. Mai 2024), abgerufen am 22. Mai 2024 von https://phys.org/news/2024-05-tunable-coupling-distant-superconducting-qubits.html

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. Mit Ausnahme der fairen Nutzung für private Studien- oder Forschungszwecke darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient lediglich der Information.

By rb8jg

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Failed to fetch data from the URL.