Cientistas australianos investigaram novas direções para escalar qubits - utilizando o acoplamento spin-órbita de qubits atômicos - adicionando um novo conjunto de ferramentas ao arsenal.

Acoplamento spin-órbita, o acoplamento do orbital dos qubits e do grau de liberdade de spin, permite a manipulação do qubit via elétrica, em vez de campos magnéticos. Usar o acoplamento dipolo elétrico entre os qubits significa que eles podem ser colocados mais separados, proporcionando assim flexibilidade no processo de fabricação de chips.

Em uma dessas abordagens, publicado em Avanços da Ciência , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Sven Rogge da UNSW investigou o acoplamento spin-órbita de um átomo de boro no silício.

"Os átomos de boro no silício são um sistema quântico relativamente inexplorado, mas nossa pesquisa mostrou que o acoplamento spin-órbita oferece muitas vantagens para aumentar a escala para um grande número de qubits na computação quântica ", diz o professor Rogge, Gerente de Programa no Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T).

Seguindo os resultados anteriores da equipe UNSW, publicado no mês passado em Revisão Física X , O grupo de Rogge agora se concentrou na aplicação de leitura rápida do estado de spin (1 ou 0) de apenas dois átomos de boro em um circuito extremamente compacto, todo hospedado em um transistor comercial.

"Os átomos de boro no silício se acoplam de forma eficiente a campos elétricos, permitindo a manipulação rápida de qubit e acoplamento de qubit em grandes distâncias. A interação elétrica também permite o acoplamento a outros sistemas quânticos, abrindo as perspectivas de sistemas quânticos híbridos, "diz Rogge.

Outra pesquisa recente da equipe da Professora Michelle Simmons na UNSW também destacou o papel do acoplamento da órbita do spin em qubits baseados em átomos no silício, desta vez com qubits de átomo de fósforo. A pesquisa foi publicada recentemente em npj Quantum Information .

A pesquisa revelou resultados surpreendentes. Para elétrons no silício - e em particular aqueles ligados aos qubits doadores de fósforo - o controle da órbita do spin era comumente considerado fraco, dando origem a segundos de vida de giro de longa duração. Contudo, os últimos resultados revelaram um acoplamento até então desconhecido do spin do elétron aos campos elétricos normalmente encontrados em arquiteturas de dispositivos criadas por eletrodos de controle.

"Por meio do alinhamento cuidadoso do campo magnético externo com os campos elétricos em um dispositivo de engenharia atômica, encontramos um meio de estender essas vidas úteis de spin para minutos, "diz a professora Michelle Simmons, Diretor, CQC2T.

"Dados os longos tempos de coerência do spin e os benefícios tecnológicos do silício, este acoplamento recém-descoberto do spin doador com campos elétricos fornece um caminho para técnicas de ressonância de spin eletricamente acionadas, prometendo alta seletividade de qubit, "diz Simmons.

Ambos os resultados destacam os benefícios de compreender e controlar o acoplamento de spin orbit para arquiteturas de computação quântica em grande escala.

Comercializando IP de computação quântica de silício na Austrália

Desde maio de 2017, A primeira empresa de computação quântica da Austrália, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), tem trabalhado para criar e comercializar um computador quântico baseado em um conjunto de propriedade intelectual desenvolvido no Centro Australiano de Excelência para Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T). Seu objetivo é produzir um dispositivo protótipo de 10 qubit em silício até 2022 como o precursor de um computador quântico baseado em silício em escala comercial.

Além de desenvolver sua própria tecnologia proprietária e propriedade intelectual, SQC continuará a trabalhar com CQC2T e outros participantes nos ecossistemas australianos e internacionais de computação quântica, para construir e desenvolver uma indústria de computação quântica de silício na Austrália e, em última análise, para levar seus produtos e serviços aos mercados globais.