Уникальная технология австралийских учёных, позволяющая создавать квантовые спиновые биты на основе атомов фосфора, размещаемых с высокой точностью на кремниевой подложке, принесла руководителю группы из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, профессору Мишель Симмонс (Michelle Simmons), почетное звание «Австралиец 2018 г.». Она же привела к трём следующим прорывам: этим достижениям посвящены три недавние статьи.

В последней из них, опубликованной в Nature Communications, расказывается о первом наблюдении взаимодействия между двумя такими кубитами. Авторы разместили на кремниевом чипе два кубита — один, сделанный из двух атомов фосфора, и другой из одного — на расстоянии 16 нм друг от друга.

Используя электроды, нанесённые на поверхность чипа с такой же точностью, учёные смогли управлять взаимодействием между этими соседствующими кубитами и привести их спины в кореллированное состояние. Подобная корелляция спинов это предпосылка к переплетённым состояниям, необходимым для функционирования квантового компьютера.

В 2012 г. команда Симмонс смогла с помощью сканирующего туннельного микроскопа скомпоновать из атомов фосфора на кремнии самые узкие в мире проводники, шириной всего лишь в четыре атома и высотой в один.

Теперь, в журнале Nano Letters, они сообщили, что использовали ту же методику и изготовили нанопровода шириной 2–10 нм, имеющие самый низкий в полупроводниковой индустрии уровень шума — на три порядка ниже, чем даже в углеродных нанотрубках.

«Общепризнанно, что шум от электрических цепей, контролирующих кубит, будет критическим фактором, ограничивающим их производительность, — сообщила Симмонс. — Наши результаты подтверждают, что кремний это оптимальный вариант, его применение позволяет обойти актуальную для большинства других устройств проблему сочетания разных материалов, в том числе диэлектриков и поверхностных металлов, служащих источником электрического шума или усиливающих его».

И заключительная из трёх новых статей, в журнале Science Advances, повествует о рекорде стабильности, установленном для фосфорного кубита. Измеренное время жизни его электронного спина составило 30 секунд, что в 16 раз выше предыдущего лучшего достижения.

Далее в той же статье Симмонс с коллегами продемонстрировала как такая повышенная стабильность позволяет последовательно считывать электронные спины двух кубитов с точностью 99,8%, достаточной для практической коррекции ошибок в квантовом процессоре.

«Вместе, результаты из этих трёх исследовательских статей подтверждают чрезвычайно многообещающие перспективы построения многокубитных систем из наших атомных кубитов», — отмечает Симмонс.

Созданная в прошлом году для коммерциализации квантовых разработок UNSW компания Silicon Quantum Computing Pty Ltd планирует в 2022 г. представить демонстрационное устройство на 10 кубитах, которое станет предшественником кремниевого квантового компьютера. Этот проект привлёк 83 млн долл. венчурных инвестиций от правительства Австралии и администрации штата, UNSW, Австралийского банка Содружества и компании Telstra.