أوه ، هذه التقنيات الكمومية. لقد ملأوا عقول العلماء في جميع أنحاء العالم ، حيث شغل Pokemon GO مرة واحدة عقول مستخدمي الهواتف الذكية. المقارنة بالتأكيد ليست الأفضل ، لأن الأولى ستستفيد ، والأخيرة ستجلب حشودًا من الناس في المتنزهات ، ولكن ليس من أجل الهواء النقي أو النزهة. سنفهم اليوم دراسة تهدف إلى إنشاء معالج كمي قابل للتطوير يمكنه العثور على الأخطاء وتصحيحها. لكي يعمل هذا المعالج ، من الضروري التحكم في العديد من وحدات البت (البتات الكمومية) بالتوازي ، بينما تستمر عملية اكتشاف الأخطاء بين وحدات البت المحددة. أي أننا نتلاعب بيد واحدة ، وبأيدي أخرى نعرض حيل البطاقة. المهمة ، بعبارة ملطفة ، ليست سهلة. دعونا نكتشف كيف تمكن العلماء من أستراليا من تحقيق مثل هذه الفكرة المعقدة في الممارسة. دعنا نذهب.
أساس الدراسةمن أجل تحقيق التشغيل الفعال لنوع جديد من المعالج ، كان على العلماء أن يتحولوا إلى الظواهر الفيزيائية الأكثر شيوعًا ، وهي رنين السبين. يعتقدون أن هذا يمكن أن يكون الأساس لتنفيذ السيطرة ثنائية المحور الموازية. وإذا كان كل هذا مدعومًا بتقنية
Pauli * spin-
lock ، فسيكون من الممكن تنفيذ القياسات المحلية لتكافؤ اكتشاف الأخطاء.
مبدأ باولي * - في ميكانيكا الكم ، هذا هو المبدأ الذي بموجبه لا يمكن أن يكون فرميونان متطابقان في نفس الحالة الكمية في نفس الوقت.
حتى الآن ، كانت الدراسات القائمة على فيزياء الكم أكثر ميلًا نحو الرنين أحادي الدوران أو التحكم / القياس باستخدام الجهد على أساس ثنائي مزدوج ثلاثي.
التعددية * هي توصيف دوران ذرة أو جزيئات. على سبيل المثال ، القميص الفردي هو نظام مكون من جزأين يبلغ إجمالي دورانهما 0.
في هذه الدراسة ، يريد العلماء دمج كلتا العمليتين في عملية واحدة.
في مجال معالجة الكيوبتات أحادية الدوران في السليكون ، غالبًا ما يُستخدم المجال المغناطيسي أو الكهربائي بترددات الموجات الدقيقة. هذا يرجع إلى حقيقة أن تقنيات الميكروويف متطورة للغاية ، مما يسمح بتنفيذ التحكم ثنائي المحور للكيوبت عن طريق تغيير المرحلة. بسيطة لكنها فعالة.
وفقًا للباحثين ، هناك بعض العوائق في الأساليب الحديثة ، مثل استخدام النفق الانتقائي أحادي الدوران في الخزان الإلكتروني. لذلك ، فإن استخدامها في أنظمة استشعار التشتت القائمة على البوابات الكمية غير فعال. لكن لا يمكن ترك هذه المشكلة بهذه الطريقة ، لأن الأخيرة لها خاصية ممتازة - يمكن أن تعمل الأقطاب الكهربائية عند درجات حرارة أعلى في الهياكل الكيتية واسعة النطاق ، وبالتالي زيادة حد درجة الحرارة الحرجة بشكل كبير.
ولكن مع قفل Pauli spin ، فإن الأمور أفضل بكثير ، لأن هذه التقنية تتيح لك إقران البيانات في عملية اكتشاف الأخطاء وتصحيحها. بالإضافة إلى ذلك ، للتحكم في هيكل مزدوج مزدوج ثلاثي والتعامل معه ، هناك حاجة إلى ترددات ميكروويف أقل بكثير ، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من الحجم المادي للجهاز المحتمل بناءً على هذه التكنولوجيا.
هيكل الجهازيوضح الشكلان 1 أ و 1 ب بالتفصيل هيكل الجهاز التجريبي للنقطة الكمومية المزدوجة مع خط نقل الموجات الدقيقة ، والذي كان يعتمد على
28 أشباه الموصلات أكسيد المعادن (MOS).
هناك حاجة إلى خط نقل الموجات الدقيقة لتوليد نبضات SET (ترانزستور إلكترون واحد). يحتوي الجهاز أيضًا على مستشعر SET ، وهو ضروري لتحقيق حساسية اللقطة الواحدة ، وهو ضروري للغاية لقراءة البيانات من بنية ثلاثية. تم تحديد موقع الإلكترونات عند نقطتين كميتين (QD1 و QD2 في الصور أعلاه) من خلال تطبيق جهد إيجابي على البوابات الكمومية (G1 و G2). يتكون الخزان الإلكتروني تحت سطح Si-SiO
2 من خلال التحيز الإيجابي لصمام ST ، وهو أيضًا صمام SET الرئيسي.
نتائج التجارب
توضح الصورة أعلاه مخطط الاستقرار لنظام النقاط الكمية المزدوج (المشار إليه فيما بعد بالتصوير المقطعي المحوسب) في المنطقة المشحونة (N1، N2) أثناء تشغيل الجهاز. عندما يتم وضع الإلكترونات في QD مزدوج ، يؤدي تفاعل التبادل إلى انقسام الطاقة بين حالات الدوران الفردي والثلاثي. يمكن التحكم في هذه العملية بواسطة نبضات كهربائية تستهدف أقرب البوابات الكمية.
يمكننا أيضًا ملاحظة مظاهر انسداد دوران بولي (من الآن فصاعدًا SBP). في انتقال شحنات الحالة من (1 ، 1) إلى (0 ، 2) ، يحدث نفق من الإلكترون QD1 إلى الإلكترون QD2 ، ولكن فقط إذا كان هذان الإلكترونان المنفصلان في البداية في نفس حالة اللف. لكن الولايات الثلاثية مسدودة بسبب تفاعل التبادل القوي في حالة الشحن (0 ، 2).
تحدث عملية التثبيت بسبب الروابط غير المتكافئة لنقطتين كميتين وخزان إلكتروني. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل حالة شحن ثابتة لخزان النقطة الكمومية (1 ، 1) - (1 ، 2). المحرك الرئيسي لهذه العملية هو النفق بين QD1 و QD2 والخزان.
(1 ، 1) - (1 ، 2) من الواضح أن الانتقال ملحوظ ، على عكس الحالة عندما يتم تعيين النظام في البداية على الشحن (0 ، 2). في هذه الحالة ، لوحظت حالة فردية مستقرة للغاية ، والتي ترتبط بانقسام قوي للطاقة. نتيجة لذلك ، لا يتم ملاحظة مناطق SBP الثابتة.
ميزة مهمة لتثبيت الحالة هي أنه نتيجة لذلك ، تزداد "الرؤية" من 70٪ إلى 98٪ ، أي أن احتمالية التعرف الخاطئ يتم تقليلها بحوالي 16 مرة لهذا الجهاز بناءً على السيليكون MOS.
معالجة الكيوبت الفردية من خلال رنين الدوران.كانت المرحلة التالية من التجربة هي التحقق من إمكانية مخاطبة مكعب معين. لهذا ، تم استخدام مجال مغناطيسي متناوب مع مدة النبض لرنين دوران 25 ميكرومتر (ميكروثانية). كان مستوى التفجير مرتفعًا جدًا (حوالي 4.2 غيغاهرتز) ، وكان المجال المغناطيسي 150 طن متري (مليتيسلا). كانت نتيجة تطبيق هذه المعلمات انخفاضًا في مستوى الرؤية ، ويمكن اعتبار أحد أسباب مظاهرها أخطاء في قراءة البيانات.
يعرض الرسم البياني أعلاه بيانات من جميع التجارب. يلاحظ العلماء أنه مع مقاومة التقاطع (0 ، 2) - (1 ، 1) ، عندما يكون مستوى التفجير منخفضًا ، يحدث الانقسام بسبب اتصال التبادل. ولكن على مستوى عال من التفجير - بسبب تأثير زيمان ، عندما تنقسم خطوط الأطياف الذرية في مجال مغناطيسي.
نتائج الباحثينأهم جزء من عملهم ، يسمي الباحثون إمكانية تحليل الأخطاء ، والتي ستستبعدها لاحقًا من الأنظمة الكمية المستقبلية. أصبح من الممكن تحديد كيفية تأثير أخطاء معينة على النظام من خلال استخدام قفل الدوران وتحليل مختلف أوضاع تشغيل الجهاز.
يوضح الرسم البياني أعلاه جميع الأخطاء المرتبطة بعملية التحضير والقياس ، والتي تؤدي إلى حقيقة أن الرؤية لا يمكن أن تتجاوز علامة 98٪ (الحقل البرتقالي في الرسم البياني).
بالإضافة إلى الأخطاء المذكورة أعلاه ، هناك أخطاء مرتبطة بعمليات تحويل حالات الشحن (0 ، 2) → (1 ، 1) أو (1 ، 1) → (0 ، 2).
الخطأ الأكثر أهمية ، وفقًا للعلماء ، هو أنه يحدث بالضبط في لحظة انتقال الأديباتي (العملية الديناميكية الحرارية داخل نظام ماكروسكوبي ، عندما لا يتبادل الحرارة مع البيئة) إلى / من المنطقة (1 ، 1).
من الصعب للغاية نقل كل دقة هذه الدراسة ، لذلك يمكن لأولئك الذين يرغبون في التعرف عليها بمزيد من التفصيل قراءة تقرير مجموعة البحث ،
المتاح هنا .
الخاتمةلأول مرة ، نجح العلماء في الجمع بين التحكم في دوران واحد في جهاز السيليكون عن طريق رنين الدوران والقراءة في بنية ثلاثية ثلاثية. وقد أظهرت التجارب أن التحكم والتلاعب في هذه الأنظمة المعقدة أمر ممكن تمامًا. الأجهزة التي يمكنها تنفيذ هذه التقنيات بالكامل ستكون أيضًا قادرة على العمل باستخدام مجال مغناطيسي أقل بكثير وفي درجات حرارة أعلى. ينوي العلماء مواصلة أبحاثهم من أجل تحسين تقنيتهم ، والقضاء على الأخطاء قدر الإمكان أو إيجاد طرق لتسويتها تمامًا.
تهدف هذه الدراسة ، أولاً وقبل كل شيء ، إلى فهم ما إذا كان من الممكن في المستقبل إنشاء أنظمة واسعة النطاق بدرجة كافية تستند إلى تقنيات الكم. حتى الآن ، تم اعتبار هذه التقنيات كأساس لشيء ، إذا جاز التعبير ، صغير.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجابايت DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps حتى ديسمبر مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك الطلب
هنا .
ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟