关键洞察力使测量电子自旋量子位而不破坏它

时间:2020-04-06 18:36 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

关键洞察力使测量电子自旋量子位而不破坏它

日本理研中心的一组科学家在不改变自旋的情况下,成功地重复测量了硅量子点(QD)中电子的自旋。这种类型的非拆房测量对于创建容错的量子计算机非常重要。

量子计算机有望使某些类型的计算变得更容易,如多体问题,这对传统计算机来说是极其困难和耗时的。从本质上讲,它们涉及到测量一个量子值,这个量子值不像传统的晶体管那样处于单一的状态,而是以叠加态的形式存在。本,,就像施罗德的那只著名的猫只有在被观察到的时候才能说是死是活一样。使用这样的系统,可以使用两个值叠加的量子位进行计算,然后在统计上确定正确的结果是什么。在硅量子点中使用单电子自旋的量子计算机被认为是有吸引力的,因为它们具有潜在的可扩展性,而且硅已经广泛应用于电子技术中。

然而,发展量子计算机的关键困难在于,它们对外界噪声非常敏感,因此误差修正至关重要。到目前为止,研究人员已经成功地在硅量子点中开发出了单电子自旋,这种自旋具有较长的信息保留时间和高精度的量子运算,但量子非自毁测量是不可能的。有效纠错的关键已被证明难以捉摸。读出硅中单个电子自旋的传统方法是将自旋转换成可快速检测的电荷,但不幸的是,电子自旋会受到检测过程的影响。

现在,在《自然通讯》上发表的一项研究中,理研团队已经实现了这种非破坏性测量。使团队取得进展的关键洞察力是使用了伊辛类型交互模型;一种铁磁性模型,观察相邻原子的电子自旋如何排列,从而导致整个晶格中铁磁性的形成。本质上,他们能够传递自旋信息;向上或向下;QD到另一个电子的电子使用伊辛的邻国QD型磁场相互作用,然后可以测量自旋的邻居使用传统的方法,这样他们可以离开原来的自旋的影响,并且可以进行重复和快速测量的邻居。

“,通过这个,”;领导研究小组的小组主任Seigo Tarucha解释说:“我们能够达到99%的非破坏保真率,并且通过重复测量可以得到95%的读出精度。”我们还表明,从理论上讲,这一比例可以提高到99.6%,并计划继续努力达到这一水平。

他继续说,“这是非常令人兴奋的,因为如果我们能把我们的工作与高保真的单量子和双量子比特门结合起来,我们就有可能利用硅量子点平台构建各种容错的量子信息处理系统。”

参考文献:硅原子中电子自旋的量子非自毁读出;J. Yoneda, K. Takeda, A. Noiri, T. Nakajima, S. Li, J. Kamioka, T. Kodera和S. Tarucha, 2020年3月2日,《自然通讯》。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 14818 - 8

这项工作是由理研中心紧急物质科学的科学家与来自新南威尔士大学和东京理工学院的合作者共同完成的。

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