Scienziati australiani hanno studiato nuove direzioni per aumentare i qubit, utilizzando l'accoppiamento spin-orbita dei qubit atomici, aggiungendo una nuova suite di strumenti all'armeria.

Accoppiamento spin-orbita, l'accoppiamento del grado di libertà orbitale e di spin dei qubit, permette la manipolazione del qubit via elettrica, piuttosto che i campi magnetici. L'utilizzo dell'accoppiamento dipolo elettrico tra i qubit significa che possono essere posizionati più distanti, fornendo così flessibilità nel processo di fabbricazione del chip.

In uno di questi approcci, pubblicato in Progressi scientifici , un team di scienziati guidato dal professor Sven Rogge dell'UNSW ha studiato l'accoppiamento spin-orbita di un atomo di boro nel silicio.

"I singoli atomi di boro nel silicio sono un sistema quantistico relativamente inesplorato, ma la nostra ricerca ha dimostrato che l'accoppiamento spin-orbita offre molti vantaggi per la scalabilità fino a un gran numero di qubit nell'informatica quantistica", afferma il professor Rogge, Program Manager presso il Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T).

Sulla scia dei precedenti risultati del team UNSW, pubblicato il mese scorso in Revisione fisica X , Il gruppo di Rogge si è ora concentrato sull'applicazione della lettura veloce dello stato di spin (1 o 0) di soli due atomi di boro in un circuito estremamente compatto, il tutto ospitato in un transistor commerciale.

"Gli atomi di boro nel silicio si accoppiano in modo efficiente ai campi elettrici, consentendo una rapida manipolazione dei qubit e l'accoppiamento dei qubit su grandi distanze. L'interazione elettrica permette anche l'accoppiamento ad altri sistemi quantistici, aprendo le prospettive dei sistemi quantistici ibridi, "dice Rogge.

Un altro pezzo della recente ricerca del team della professoressa Michelle Simmons all'UNSW ha anche evidenziato il ruolo dell'accoppiamento spin-orbita nei qubit basati su atomi nel silicio, questa volta con qubit di atomi di fosforo. La ricerca è stata recentemente pubblicata su npj Informazioni quantistiche .

La ricerca ha rivelato risultati sorprendenti. Per gli elettroni nel silicio, e in particolare quelli legati ai qubit donatori di fosforo, il controllo dell'orbita di spin era comunemente considerato debole, dando luogo a vite di rotazione di pochi secondi. Però, gli ultimi risultati hanno rivelato un accoppiamento precedentemente sconosciuto dello spin dell'elettrone ai campi elettrici che si trovano tipicamente nelle architetture dei dispositivi create da elettrodi di controllo.

"Con un attento allineamento del campo magnetico esterno con i campi elettrici in un dispositivo di ingegneria atomica, abbiamo trovato un modo per estendere queste vite di spin a minuti, "dice la professoressa Michelle Simmons, Direttore, CQC2T.

"Dati i lunghi tempi di coerenza dello spin e i vantaggi tecnologici del silicio, questo accoppiamento appena scoperto dello spin del donatore con i campi elettrici fornisce un percorso per le tecniche di risonanza dello spin ad azionamento elettrico, promettendo un'elevata selettività per i qubit, "dice Simmons.

Entrambi i risultati evidenziano i vantaggi della comprensione e del controllo dell'accoppiamento spin-orbita per architetture di calcolo quantistico su larga scala.

Commercializzazione dell'IP di calcolo quantistico al silicio in Australia

Da maggio 2017, La prima azienda australiana di informatica quantistica, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), ha lavorato per creare e commercializzare un computer quantistico basato su una suite di proprietà intellettuale sviluppata presso l'Australian Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T). Il suo obiettivo è produrre un prototipo di dispositivo da 10 qubit in silicio entro il 2022 come precursore di un computer quantistico basato su silicio su scala commerciale.

Oltre a sviluppare la propria tecnologia proprietaria e la proprietà intellettuale, SQC continuerà a lavorare con CQC2T e altri partecipanti negli ecosistemi australiani e internazionali di Quantum Computing, costruire e sviluppare un'industria di calcolo quantistico al silicio in Australia e, in definitiva, per portare i suoi prodotti e servizi sui mercati globali.