क्वांटम प्रोसेसर एक स्पिनलेट-ट्रिपलेट सिस्टम के साथ स्पिन अनुनाद और जोड़तोड़ पर आधारित है

ओह, ये क्वांटम तकनीकें। उन्होंने दुनिया भर के वैज्ञानिकों के दिमाग को भर दिया, क्योंकि पोकेमॉन गो ने एक बार स्मार्टफोन उपयोगकर्ताओं के दिमाग को भर दिया था। तुलना निश्चित रूप से सबसे अच्छी नहीं है, क्योंकि पूर्व को लाभ होगा, बाद वाले पार्कों में लोगों की भीड़ लाएंगे, लेकिन ताजी हवा या पिकनिक के लिए नहीं। आज हम एक स्केलेबल क्वांटम प्रोसेसर बनाने के उद्देश्य से एक अध्ययन को समझेंगे जो त्रुटियों को ढूंढ और सही कर सकता है। काम करने के लिए इस तरह के एक प्रोसेसर के लिए, समानांतर में कई क्वैबिट्स (क्वांटम बिट्स) को नियंत्रित करना आवश्यक है, जबकि चयनित क्वाइट्स के बीच त्रुटियों का पता लगाने की प्रक्रिया आगे बढ़ती है। यही है, हम एक हाथ से हथकड़ी लगाते हैं, और दूसरे के साथ हम कार्ड चाल दिखाते हैं। इसे हल्के ढंग से रखने का कार्य आसान नहीं है। आइए जानें कि अभ्यास में ऑस्ट्रेलिया के वैज्ञानिकों को इस तरह के एक जटिल विचार का एहसास कैसे हुआ। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

एक नए प्रकार के प्रोसेसर के प्रभावी संचालन का एहसास करने के लिए, वैज्ञानिकों को सबसे लोकप्रिय भौतिक घटनाएं, अर्थात् स्पिन पुनर्जीवन की ओर मुड़ना नहीं था। उनका मानना ​​है कि यह समानांतर द्विअक्षीय नियंत्रण के कार्यान्वयन की नींव हो सकता है। और अगर यह सब पाउली * स्पिन- लॉक तकनीक द्वारा समर्थित है, तो त्रुटि का पता लगाने की समानता के स्थानीय मापों को लागू करना संभव होगा।

पाउली सिद्धांत * - क्वांटम यांत्रिकी में यह वह सिद्धांत है जिसके अनुसार एक ही समय में दो समान उपमा एक ही क्वांटम अवस्था में नहीं हो सकते हैं।

अब तक, क्वांटम भौतिकी पर आधारित अध्ययन एकल-स्पिन अनुनाद या नियंत्रण / माप की ओर झुका हुआ था, जो डबल-स्पिन एकल-ट्रिपल-ट्रिपल आधार में वोल्टेज का उपयोग कर रहा था।

बहुलता * एक परमाणु या अणुओं के स्पिन का लक्षण वर्णन है। उदाहरण के लिए, एक सिंगललेट दो कणों की एक प्रणाली है जिसका कुल स्पिन 0 है।

इस अध्ययन में, वैज्ञानिक दोनों प्रक्रियाओं को एक में मिलाना चाहते हैं।

सिलिकॉन में एकल-स्पिन क्वैब के हेरफेर के क्षेत्र में, माइक्रोवेव आवृत्तियों पर चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि माइक्रोवेव प्रौद्योगिकियां अत्यंत विकसित हैं, जो चरण को बदलकर एक qubit के द्विअक्षीय नियंत्रण के कार्यान्वयन की अनुमति देता है। सरल लेकिन प्रभावी।

शोधकर्ताओं ने बताया कि आधुनिक तरीकों में, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉनिक जलाशय में सिंगल-स्पिन चयनात्मक टनलिंग का उपयोग, कुछ कमियां हैं। इसलिए, क्वांटम फाटकों के आधार पर फैलाव संवेदन प्रणालियों में उनका उपयोग अप्रभावी है। लेकिन इस समस्या को वैसे ही नहीं छोड़ा जा सकता है, क्योंकि उत्तरार्द्ध में एक उत्कृष्ट संपत्ति है - इलेक्ट्रोड बड़े पैमाने पर qubit संरचनाओं में उच्च तापमान पर काम कर सकते हैं, जिससे महत्वपूर्ण ओवरहीटिंग थ्रेशोल्ड में वृद्धि हो सकती है।

लेकिन पाउली के स्पिन लॉक के साथ, चीजें बहुत बेहतर हैं, क्योंकि यह तकनीक आपको त्रुटियों का पता लगाने और सही करने की प्रक्रिया में डेटा को युग्मित करने की अनुमति देती है। इसके अलावा, दो-स्पिन सिंगलेट-ट्रिपलेट संरचना को नियंत्रित करने और हेरफेर करने के लिए बहुत कम माइक्रोवेव आवृत्तियों की आवश्यकता होती है, जो इस तकनीक के आधार पर एक संभावित डिवाइस के भौतिक आकार को काफी कम कर देता है।


डिवाइस की संरचना

आंकड़े 1 ए और 1 बी माइक्रोवेव ट्रांसमिशन लाइन के साथ एक डबल क्वांटम डॉट के प्रयोगात्मक उपकरण की संरचना को विस्तार से दिखाते हैं, जो ²⁸ सी धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (एमओएस) पर आधारित था।

SET (सिंगल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर) दालों को उत्पन्न करने के लिए एक माइक्रोवेव ट्रांसमिशन लाइन की आवश्यकता होती है। डिवाइस में एक एसईटी सेंसर भी है, जो एकल-शॉट संवेदनशीलता को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, जो एक एकल-ट्रिपल संरचना से डेटा पढ़ने के लिए बेहद आवश्यक है। इलेक्ट्रॉनों को दो क्वांटम डॉट्स (QD1 और QD2 ऊपर की छवियों में) क्वांटम गेट्स (G1 और G2) में एक सकारात्मक वोल्टेज लागू करके स्थित थे। एसटी वाल्व को सकारात्मक रूप से बायपास करके, सीआई-सीओ ₂ की सतह के नीचे एक इलेक्ट्रॉनिक जलाशय बनाया जाता है, जो कि मुख्य एसईटी वाल्व भी है।

प्रयोगों के परिणाम



ऊपर की छवि डिवाइस के संचालन के दौरान चार्ज किए गए क्षेत्र (एन 1, एन 2) में एक डबल क्वांटम डॉट सिस्टम (बाद में सीटी के रूप में संदर्भित) की स्थिरता आरेख को दिखाती है। जब इलेक्ट्रॉनों को एक डबल क्यूडी में रखा जाता है, तो विनिमय बातचीत एकल और ट्रिपलेट स्पिन राज्यों के बीच ऊर्जा विभाजन की ओर जाता है। इस प्रक्रिया को निकटतम क्वांटम गेट्स पर लक्षित इलेक्ट्रिक दालों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

हम पाउली के स्पिन ब्लॉकेज (इसके बाद एसबीपी) की अभिव्यक्तियों का भी निरीक्षण कर सकते हैं। (1, 1) से (0, 2) तक के राज्य आवेशों के संक्रमण में, इलेक्ट्रॉन QD1 से इलेक्ट्रॉन QD2 तक टनलिंग होती है, लेकिन केवल तभी जब ये दो अलग-अलग इलेक्ट्रॉन शुरू में एक ही स्पिन अवस्था में थे। लेकिन प्रभारी राज्य (0, 2) में मजबूत विनिमय बातचीत के कारण ट्रिपल स्टेट्स अवरुद्ध हैं।

निर्धारण प्रक्रिया दो क्वांटम डॉट्स और एक इलेक्ट्रॉनिक जलाशय के असममित बंधनों के कारण होती है। इसके परिणामस्वरूप, क्वांटम डॉट जलाशय का एक मेटास्टेबल चार्ज स्टेट बनता है (1, 1) - (1, 2)। इस प्रक्रिया का मुख्य इंजन QD1, QD2 और टैंक के बीच सुरंग है।

(1, 1) - (1, 2) संक्रमण स्पष्ट रूप से ध्यान देने योग्य है, मामले के विपरीत जब सिस्टम शुरू में चार्ज करने के लिए सेट होता है (0, 2)। इस मामले में, एक बहुत ही स्थिर एकल अवस्था देखी जाती है, जो ऊर्जा के एक मजबूत विभाजन के साथ जुड़ा हुआ है। नतीजतन, निश्चित एसबीपी के क्षेत्र नहीं देखे जाते हैं।

राज्य निर्धारण की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि इसके कारण, "दृश्यता" 70% से बढ़कर 98% हो जाती है, अर्थात, सिलिकॉन MOS पर आधारित इस उपकरण के लिए गलत पहचान की संभावना लगभग 16 गुना कम हो जाती है।


स्पिन प्रतिध्वनि के माध्यम से एक व्यक्ति को संबोधित करते हुए।

प्रयोग का अगला चरण एक विशिष्ट घन को संबोधित करने की संभावना की जांच करना था। इसके लिए, 25 माइक्रोन (माइक्रोसेकंड) के स्पिन अनुनाद की पल्स अवधि के साथ एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया गया था। Detuning का स्तर काफी अधिक था (लगभग 4.2 GHz), और चुंबकीय क्षेत्र 150 mT (मिलिट्सला) था। ऐसे मापदंडों को लागू करने का परिणाम दृश्यता में कमी था, जिसके प्रकट होने का एक कारण डेटा पढ़ने में त्रुटियां माना जा सकता है।



ऊपर दिया गया ग्राफ़ सभी प्रयोगों के डेटा को दिखाता है। वैज्ञानिकों ने ध्यान दिया कि विरोधी चौराहे (0, 2) - (1, 1) के साथ, जब विस्फोट का स्तर कम होता है, तो विनिमय कनेक्शन के कारण विभाजन होता है। लेकिन विस्फोट के एक उच्च स्तर पर - ज़ीमान प्रभाव के कारण, जब एक चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु स्पेक्ट्रा की लाइनें विभाजित होती हैं।

शोधकर्ता खोजें

उनके काम का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा, शोधकर्ता त्रुटियों का विश्लेषण करने की संभावना कहते हैं, जो बाद में उन्हें भविष्य की क्वांटम प्रणालियों से बाहर कर देगा। यह निर्धारित करना कि सिस्टम के संचालन के विभिन्न तरीकों के स्पिन लॉक के उपयोग और विश्लेषण के माध्यम से सिस्टम में कुछ त्रुटियां कैसे प्रभावित होती हैं, यह संभव हो गया है।



उपरोक्त चार्ट तैयारी और माप प्रक्रिया से जुड़ी सभी त्रुटियों को दर्शाता है, जो इस तथ्य की ओर जाता है कि दृश्यता 98% से अधिक नहीं हो सकती (हिस्टोग्राम पर नारंगी क्षेत्र)।

उपरोक्त त्रुटियों के अलावा, प्रभार वाले राज्यों (0, 2) → (1, 1) या (1, 1) → (0, 2) के संक्रमण की प्रक्रियाओं से जुड़े लोग हैं।

वैज्ञानिकों के अनुसार, सबसे महत्वपूर्ण गलती यह है कि यह एक स्थूल प्रणाली के अंदर एडियाबेटिक (थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के ठीक समय पर होता है, जब यह क्षेत्र से वातावरण में गर्मी का आदान-प्रदान नहीं करता है) / (1, 1) से संचरण करता है।

इस अध्ययन की सभी सटीकता को व्यक्त करना बेहद मुश्किल है, इसलिए जो लोग इसके बारे में अधिक विस्तार से परिचित करना चाहते हैं, वे यहां उपलब्ध शोध समूह की रिपोर्ट पढ़ सकते हैं।

उपसंहार

पहली बार, वैज्ञानिकों ने एक सिलिकॉन डिवाइस में स्पिन-प्रतिध्वनि और एकल-ट्रिपल संरचना में पढ़ने के माध्यम से एकल-स्पिन नियंत्रण को संयोजित करने में सफलता प्राप्त की। प्रयोगों से पता चला है कि ऐसे जटिल प्रणालियों का नियंत्रण और हेरफेर काफी संभव है। इन तकनीकों को पूरी तरह से लागू करने वाले उपकरण भी काफी कम चुंबकीय क्षेत्र और उच्च तापमान पर उपयोग करने में सक्षम होंगे। वैज्ञानिकों ने अपनी तकनीक को बेहतर बनाने के लिए अपने शोध को जारी रखने का इरादा किया है, त्रुटियों को जितना संभव हो उतना दूर करने या उन्हें पूरी तरह से स्तर करने के तरीके खोजने का।

यह अध्ययन, सबसे पहले, यह समझने के उद्देश्य से किया गया था कि क्या भविष्य में क्वांटम प्रौद्योगिकियों के आधार पर पर्याप्त बड़े पैमाने पर सिस्टम बनाना संभव है। अब तक, ऐसी प्रौद्योगिकियों को किसी चीज़ के लिए आधार माना जाता है, इसलिए बोलने के लिए, छोटा।

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