Сайт переехал physreal.com

Недавно в ФТИ РАН предложена новая конструкция квантового регистра, очень похожая на полевой транзистор, только с большим количеством отдельных затворов (см. рис.). Таким образом, представленный квантовый компьютер может стать естественным продолжением развития технологии больших интегральных схем.

Вообще, эта идея имеет давнюю предысторию. В 2000 г. [1] было предложено использовать в качестве зарядовых кубитов состояния электронов в двойных квантовых точках – это две туннельно связанные точки. Два нижних энергетических состояния в них (симметричное и антисимметричное) могут иметь очень малый энергетический зазор, что значительно подавляет процессы релаксации на акустических фононах, вопреки интуитивным ожиданиям. У зарядовых кубитов есть несомненные достоинства и неизбежные недостатки. Ими легко управлять, прикладывая напряжение на затворы. Однако неустранимое кулоновское взаимодействие между кубитами и влияние поляризации среды препятствует нормальной работе. Чтобы преодолеть эти затруднения, была предложена оригинальная конструкция квантового регистра на пространственных состояниях электронов, но без перемещения заряда [2]. В процессе работы компьютера на каждую квантовую точку приходится в среднем точно половина электрона. Доказана возможность проведения всех квантовых операций, необходимых для работы универсального квантового компьютера.

Конструкция квантового регистра в канале полевого транзистора: Т-затворы управляют туннельной связью между точками, Е-затворы управляют обменным взаимодействием электронов, D-затворы управляют энергией квантовых точек.

Достоинством этого компьютера является также возможность проведения измерения конечных состояний кубитов, которые теперь уже должны находиться в зарядовых состояниях. Для этого надо установить, присутствует или отсутствует электрон в определенной квантовой точке. Оказалось, что такое измерение можно осуществить путем пропускания тока по каналу и создания условий кулоновской блокады тока, если в измеряемой квантовой точке имеется один дополнительный электрон [3].

Конструкция имеет несколько вариантов развития, кроме описанного выше. Например, компьютер может работать и на спиновых состояниях электронов в квантовых точках. Тогда для измерения состояния кубитов можно использовать режим спиновой блокады тока. Более того, при помещении структуры в оптический резонатор возникает возможность управления состоянием кубитов с помощью фотонов [4].

Работа над рассмотренной конструкцией квантового транзистора будет иметь и практический выход для развития элементов классического компьютера. Поскольку в этой структуре происходит управление туннелированием электронов, она является, по сути, туннельным транзистором, а в нем видится будущее кремниевых схем и после 2026 г.

1. L.Fedichkin et al., Quantum Computers and Computing 1, 58 (2000),arXiv:quant-ph/0006097.

2. V.Vyurkov et al., Phys. Lett. A 374, 3285 (2010).

3. V.Vyurkov et al., SISC’2013, Washington, USA, Book of Abstracts.

4. L.Openov, Phys. Rev. B 60, 8798 (1999).