Исследования сверхбыстрых квантовых компьютеров сейчас хорошо продвинулись, но пока невозможно соединить отдельные процессоры. Международная группа исследователей показала способ масштабирования квантовых компьютеров с использованием нанофотонных структур карбида кремния для решения этих проблем.
Исследователи придерживались двухэтапного подхода. Во-первых, их предпочтительная квантовая система - это так называемый центр вакансии кремния в карбиде кремния, который, как известно, обладает особенно устойчивыми спин-оптическими свойствами. Во-вторых, они изготовили нанофотонные волноводы вокруг этих центров окраски, используя щадящие методы обработки, которые сохраняют основной материал практически без повреждений.
«С помощью нашего подхода мы смогли продемонстрировать, что превосходные спин-оптические свойства наших центров окраски сохраняются после нанофотонной интеграции». - говорит Флориан Кайзер, доцент Штутгартского университета, руководитель этого проекта. «Благодаря надежности наших квантовых устройств мы получили достаточно места для выполнения квантовых вентилей на кубитах с несколькими ядерными спинами. Поскольку эти спины показывают очень долгое время когерентности, они отлично подходят для реализации небольших квантовых компьютеров».
«В этом проекте мы исследовали своеобразную треугольную форму фотонных устройств. Хотя эта геометрия имеет коммерческую привлекательность, поскольку обеспечивает универсальность, необходимую для масштабируемого производства, мало что было известно о ее полезности для высокопроизводительного квантового оборудования. Наши исследования показывают, что излучаемый свет центр окраски, который несет квантовую информацию через чип, может эффективно распространяться в одном оптическом режиме. Это ключевой вывод для жизнеспособности интеграции центров окраски с другими фотонными устройствами, такими как нанорезонаторы, оптическое волокно и однофотонные детекторы, необходимые для реализации всех функций квантовых сетей и вычислений ". - говорит Марина Радуласки, доцент Калифорнийского университета в Дэвисе.
Что делает платформу из карбида кремния особенно интересной, так это ее совместимость с КМОП и ее интенсивное использование в качестве мощного полупроводника в электрической мобильности. Теперь исследователи хотят извлечь выгоду из этих аспектов, чтобы использовать масштабируемое производство чипов спин-фотоники. Кроме того, они хотят реализовать полупроводниковую схему для электрической инициализации и считывания квантовых состояний своих спиновых кубитов. «Максимальное электрическое управление - вместо традиционного оптического управления с помощью лазеров - является важным шагом на пути к упрощению системы. Комбинация эффективной нанофотоники с электрическим управлением позволит нам надежно интегрировать больше квантовых систем на одном кристалле, что приведет к значительной производительности. выигрывает », - добавляет Флориан Кайзер.« В этом смысле мы только находимся на заре квантовых технологий с центрами окраски в карбиде кремния. Наша успешная нанофотонная интеграция является не только отличным инструментом для распределенных квантовых вычислений, но также может повысить производительность компактных квантовых датчиков ».