Физики из Нидерландов продемонстрировали удобный в управлении кубит (квантовый бит), представляя информацию с помощью спина электрона.

Контролировать направление спинов с использованием магнитного поля относительно легко, но в случае отдельных электронов такие методы не подходят. В своих опытах авторы попробовали обойти проблему и заменить магнитное поле электрическим, положившись на эффект спин-орбитального взаимодействия. Это взаимодействие определяется величиной и взаимной ориентацией орбитального и спинового моментов количества движения частицы; проще говоря, движение электрона может влиять на его спин.

Эксперимент начался с изготовления нанопровода из арсенида индия диаметром 50–80 нм. Под ним располагалось пять электродов, при подаче напряжения на которые учёные создавали ограничивающий потенциал для двух электронов (двух кубитов).

Рис. 1. Нанопровод и подведённые к нему электроды (иллюстрация авторов работы).

После этого с помощью электрического поля сверхвысокой частоты исследователи изменяли направления спинов кубитов, делая их параллельными (к примеру, направленными вверх) и антипараллельными. Явление циклических переходов в квантовой системе с двумя состояниями, вызванных действием осциллирующего поля, давно известно и носит название осцилляций Раби.

На основе полупроводящих нанопроволок ранее, отметим, были созданы светодиоды. Этот факт позволяет надеяться на то, что физики найдут удобный способ преобразования электронного кубита в фотонный, пригодный для передачи информации на большие расстояния.

Рис. 2. Кубиты в нанопроводе (иллюстрация Gemma Plum).

Результаты исследований опубликованы в статье:

S. Nadj-Perge, S. M. Frolov, E. P. A. M. Bakkers & L. P. Kouwenhoven Spin–orbit qubit in a semiconductor nanowire. – Nature. – 468. – P. 1084–1087, doi:10.1038/nature09682; Published online 22 December 2010.