Исследователи Техасского университета в Далласе разработали новый подход, который решает проблемы в области квантовых вычислений и может произвести революцию в области вычислений, связи и электронной безопасности.

Чтобы сделать твердотельные кубиты, основную информационную единицу для квантовых компьютеров, в твердый материал необходимо вставить дефект , чтобы управлять спиновыми состояниями электронов. Однако создание и позиционирование дефекта, особенно в наиболее часто используемом твердом материале — синтетических алмазах , — представляет серьезную проблему.

Исследователи из UT Dallas обнаружили, что создание кубитов из тонких двумерных листов кристаллов, называемых дихалькогенидами переходных металлов (TMD), вместо алмаза может решить эту проблему. Под руководством доктора Кёнджэ Чо, профессора материаловедения и инженерии в Школе инженерии и компьютерных наук Эрика Йонссона, исследователи опубликовали свои выводы в Интернете 6 декабря в Nature Communications .

«Нам нужно перейти от использования алмаза к использованию двумерной системы, такой как бумага, для контроля положения дефектов. Для этого исследования мы исследовали множество различных типов двумерных материалов и дефектов», — сказал Чо, старший автор.

Чо сказал, что возможность управлять свойствами кубита позволяет исследователям разработать лучший способ поддержания состояния кубита, необходимого для двух важных процессов: запутывания и дальней связи по оптоволоконным кабельным сетям.

Квантовая запутанность — это явление, при котором кубиты связаны и могут передавать информацию друг другу независимо от их физического расстояния. Это основной процесс, который позволяет квантовым компьютерам одновременно обрабатывать огромные объемы информации. Но запутанность может поддерживаться только в точно контролируемых условиях. По словам Чо, оптимизация свойств кубитов с использованием TMD является ключевым шагом в этом процессе и должна помочь обеспечить надежную обработку и передачу квантовой информации.

Кубиты TMD обеспечивают еще одно преимущество перед кубитами, сделанными из алмаза. Междугородная связь между компьютерами осуществляется по оптоволоконным сетям и требует, чтобы сигналы были в форме инфракрасного света.

«В то время как алмазные кубиты должны быть сначала преобразованы в правильную длину волны инфракрасного излучения, кубиты на основе TMD не нуждаются в преобразовании», — сказал Чо.

Исследователи UTD также сотрудничали с исследователями из Массачусетского технологического института и других учреждений для разработки метода изготовления монокристаллических материалов 2D TMD меньшего размера путем геометрического ограничения. Это исследование было опубликовано 18 января в Nature .

Яоцяо Ху, аспирант UTD по материаловедению и инженерии и соавтор обеих статей, заинтересовался исследованием во время работы над проектом материалов Чо для квантового компьютера.

«Я думаю , что квантовые вычисления очень интересны — они могут решать проблемы, которые не могут решить наши классические компьютеры», — сказал Ху. «Я хочу использовать науку о материалах для предоставления технологий и внести свой вклад в платформу для достижения квантовых вычислений».

Прошлым летом Ху прошел стажировку в Texas Instruments и рассчитывает продолжить свою работу в компании после того, как закончит последний год своей докторской программы.

Сюяо Ланг, также докторант материаловедения и инженерии и соавтор статьи Nature Communications , поступила в UTD в 2021 году для изучения квантовых технологий.

«Думаю, для меня это очень хорошая возможность узнать о квантовых вычислениях, — сказал Лэнг, научный сотрудник Юджина Макдермотта. «Это хорошее начало для моего докторского исследования».