控制电子自旋的新方法为高效量子计算机铺平了道路

这种方法是由澳门威尼斯人网上赌场的科学家开发的，它克服了电子自旋共振的局限性.

量子科学有可能用更高效的计算机彻底改变现代技术, 沟通, 传感设备. 在实现这些技术目标方面仍然存在挑战, 然而, 包括如何精确地操纵量子系统中的信息.

In 一篇论文 发表在 自然物理，一组来自美国的澳门威尼斯人网上赌场人员 澳门威尼斯人网上赌场,包括 约翰·尼科尔, 物理学副教授, 概述了一种控制硅量子点中电子自旋的新方法, 具有非凡特性的纳米级半导体——作为在量子系统中操纵信息的一种方式.

“澳门威尼斯人网上赌场结果为基于半导体量子点中的电子自旋相干控制量子比特提供了一种有希望的新机制, 这将为开发实用的硅基量子计算机铺平道路,尼科尔说.

使用量子点作为量子位

一台普通的计算机由数十亿个被称为“比特”的晶体管组成. 另一方面，量子计算机是基于量子比特的，也被称为量子位. 与普通晶体管不同, 可以是“0”(关闭)或“1”(打开), 量子位受量子力学定律支配，可以同时是“0”和“1”.

Scientists have long considered using silicon quantum dots as qubits; controlling the spin of electrons in quantum dots would offer a way to manipulate the transfer of quantum information. 量子点中的每个电子都有内在的磁性，就像一个微小的条形磁铁. 科学家称这种现象为“电子自旋”，即与每个电子相关的磁矩，因为每个电子都是带负电荷的粒子，其行为就像在快速旋转一样, 正是这种有效的运动产生了磁力.

电子自旋是一个很有前途的转移候选, 存储, 在量子计算中处理信息，因为它提供了长相干时间和高门保真度，并与先进的半导体制造技术兼容. The coherence time of a qubit is the time before the quantum information is lost due to interactions with a noisy environment; long coherence means a longer time to perform computations. 高门保真度意味着澳门威尼斯人网上赌场人员试图执行的量子操作完全按照他们的意愿执行.

然而，使用硅量子点作为量子位的一个主要挑战是控制电子自旋.

控制电子自旋

控制电子自旋的标准方法是电子自旋共振(ESR)。, 其中包括对量子比特施加振荡射频磁场. 然而, 这种方法有几个限制, 包括需要在低温环境中产生和精确控制振荡磁场, 大多数电子自旋量子位在哪里操作. 通常, 产生振荡磁场, 澳门威尼斯人网上赌场人员通过导线发送电流, 这就产生了热量, 哪些会扰乱低温环境.

尼科尔和他的同事们提出了一种新的方法来控制硅量子点中的电子自旋，这种方法不依赖于振荡电磁场. 这种方法是基于一种叫做“自旋谷耦合”的现象,当硅量子点中的电子在不同的自旋和谷态之间转变时，就会发生这种情况. 而电子的自旋状态指的是它的磁性, 谷态是指与电子的空间轮廓有关的另一种性质.

澳门威尼斯人网上赌场人员利用电压脉冲来控制自旋谷耦合效应并操纵自旋和谷态, 控制电子自旋.

这种连贯控制的方法, 通过自旋谷耦合, 允许对量子位进行通用控制, 并且可以在不需要振荡磁场的情况下进行, 这是ESR的局限性吗,尼科尔说. “这为我们提供了一条利用硅量子点在量子计算机中操纵信息的新途径.”

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