Известные ученые в области квантовых компьютеров J. Fischer и D. Loss выступили в журнале Science с небольшим обзором, касающимся спиновых кубитов на основе электронов в квантовых точках. На протяжении многих лет они являются сторонниками именно этого направления развития твердотельных квантовых компьютеров

По-прежнему главной проблемой в квантовых компьютерах остается декогеренция, вызванная взаимодействием с окружением. Квантовое состояние разрушается раньше, чем успевают произвести необходимые вычисления. Для практических задач требуется более 1000 кубитов, а количество операций больше 10⁴.

Декогеренция переводит когерентное суперпозиционное состояние спина в смешанное

Для спиновых кубитов главную опасность представляют ядра изотопов атомов кристаллической решетки, которые имеют спин, а значит и магнитный момент. Создаваемое ими хаотическое магнитное поле приводит к нерегулярной прецессии электронного спина, что и означает разрушение его квантового состояния. Время подобной декогерентизации в материалах А₃В₅, которые обычно используют для формирования квантовых точек, составляет всего 10 нс. Для сравнения время декогеренции, определяемое взаимодействием с фононами при низких температурах достигает секунд.

Пока продемонстрирована работа всего лишь двух спиновых кубитов.

По мнению авторов, самым эффективным путем борьбы с такой декогеренцией является применение новых материалов, таких как углеродные нанотрубки, графен, алмаз и полупроводники IV группы (например, германий и кремний). Эти материалы могут иметь очень чистый изотопный состав. Так, измеренное время спиновой декогеренции в алмазе уже составляет микросекунды. Этого еще недостаточно для квантовых компьютеров, но прогресс налицо.

В. Вьюрков

• 1. J.Fischer, D.Loss, Science 324, 1277 (2009)