Наименьшие единицы информации для квантовых компьютеров, которые однажды могут преобразить вычислительную технику, — квантовые биты, или кубиты. Ученые разрабатывают разные типы кубитов, в том числе такие, которые используют дефекты внутри симметричных структур алмазов или кремния. Специалисты из США открыли метод внедрения вращающихся электронов в качестве кубитов в наноматериал. Испытания показали высокое время когерентности — ключевой показатель кубита, определяющий количество операций, которые он может выполнить за время своей службы.

Электроны обладают свойствами, напоминающими вращение волчка, но с одним важным отличием. Волчок вращается либо в одну сторону, либо в другую. Электроны же могут вести себя так, будто вращаются в обоих направлениях одновременно — благодаря квантовому свойству суперпозиции. Возможность находиться сразу в двух состояниях делает электроны отличными кандидатами в спиновые кубиты.

Спиновым кубитам необходим подходящий материал для размещения, управления и считывания их информации. Помня об этом, команда ученых из Аргоннской национальной лаборатории изучила наноматериал, состоящий только из атомов углерода, в форме трубки и толщиной всего около 1 нм. Этот материал был выбран за то, что не создает помех, пишет Phys.org.

Однако перед исследователями возникла проблема — углеродные нанотрубки сами по себе не могут удержать вращение электрона на одном месте. Он движется. Были попытки решить эту проблему путем добавления электродов для удержания электронов между ними, но это громоздкое, дорогое и сложное в реализации решение. Поэтому ученые пошли другим путем.

Они изменили атомную структуру углеродных нанотрубок химическим путем так, чтобы вращающийся электрон вынужден был оставаться на одном месте. Этот метод позволил получить невероятно стабильный спиновой кубит в углеродной нанотрубке. Результаты тестов показали рекордное время когеренции по сравнению с системами, созданными другими методами — 10 микросекунд.

Учитывая размеры новой платформы кубитов, ее можно будет интегрировать в квантовые устройства с большей легкостью. Кроме того, углеродные трубки очень гибкие, а их вибрации можно использовать для хранения информации, полученной от кубитов.