Autorzy potencjalnego przełomu opisali swoje dokonania na łamach Nature. Jak się okazuje, zakodowane kubity krzemowo-germanowej kropki kwantowej wykorzystują trzy spiny elektronowe i specyficzny schemat sterowania. Ten ostatni funkcjonuje tak, że napięcia przyłożone do metalowych bramek częściowo zamieniają kierunki spinów elektronowych, jednocześnie nie ustawiając ich w żadnym konkretnym kierunku.
Czytaj też: Magia kwantowego świata. Oto sposób na uczynienie grafenu nadprzewodnikiem
W toku eksperymentów naukowcy wykorzystali wiele precyzyjnie skalibrowanych impulsów w ciągu kilku milionowych części sekundy. Kluczową rolę w prowadzonych badaniach odegrały urządzenia oparte na krzemie, dzięki którym możliwe jest uwięzienie pojedynczych elektronów w kropkach kwantowych. Spiny trzech takich pojedynczych elektronów posiadają zdegenerowane energetycznie stany kubitów. Te podlegają kontroli i w toku tego zjawiska zamieniają stany spinowe z sąsiednimi elektronami.
Kubity stanowią podstawę obliczeń wykonywanych przez komputery kwantowe
Poważnym wyzwaniem dla autorów badania było dostarczenie oprogramowania umożliwiającego dostrojenie i kalibrację schematu sterowania. Konieczne okazało się też opracowanie zautomatyzowanych procedur określających, jakie napięcie prowadzi do jakiego stopnia częściowej zamiany. Nie udałoby się osiągnąć sukcesu, gdyby nie precyzyjne pomiary z użyciem zaawansowanych technologicznie urządzeń.
Komputery kwantowe, dzięki wykorzystaniu zjawiska splątania kwantowego, mogą w bardzo krótkim czasie wykonywać obliczenia, które normalnym komputerom zajmują miesiące, a nawet lata. Zastosowań takich urządzeń byłaby cała masa, a wśród nich wymienia się choćby symulacje zachowań dużych cząsteczek.
Czytaj też: Kubity spinowe nową nadzieją dla fizyki kwantowej
Dlaczego to takie skomplikowane? Mogłoby się wydawać, że stworzenie opisu atomów w cząsteczce nie potrzeba większych ilości danych, co jest prawdą. Jeśli jednak w grę wchodzi wykonywanie obliczeń dotyczących wszystkich możliwych stanów kwantowo-mechanicznych, to w tym przypadku sytuacja staje się znacznie bardziej skomplikowana. W długofalowej perspektywie takie postępy powinny zaprocentować w wielu różnych dziedzinach, poczynając od tworzenia leków, a na walce ze zmianami klimatu kończąc.