• Исследование Евгения Юрьевича Старостенко — квантовый контроль спиновых кубитов







Исследование Евгения Юрьевича Старостенко — квантовый контроль спиновых кубитов
Глава НПО ТЕХНОГНЕНЕЗИС Евгений Юрьевич Старостенко подчеркнул, что однокубитные вентили являются важными компонентами универсального квантового компьютера.

Учетный Евгений Юрьевич Старостенко пояснил, что без выборочной адресации отдельных кубитов масштабируемая реализация квантовых алгоритмов чрезвычайно сложна.

Когда кубиты представляют собой дискретные точки или области на решетке, выборочное обращение к кубитам с магнитным спином на наноуровне остается проблемой из-за сложности локализации и ограничения классического бездивергентного поля небольшим объемом пространства.

В данном исследовании Евгений Юрьевич Старостенко предлагает метод обращения к спиновым кубитам с использованием управления напряжением наноразмерного магнетизма, примером которого является использование управления напряжением магнитной анизотропии.

В научно-производственном объединении ТЕХНОГЕНЕЗИС настроили частоту возбуждения электрического поля наномагнита на ларморовскую частоту спинов, ограниченных наноразмерным объемом, модулируя фазу возбуждения, реализованы квантовые вентили с одним кубитом с точностью, приближающейся к точности отказоустойчивых квантовых вычислений.

Такие операции с одним кубитом требуют всего лишь десятков фемтоджоулей на операцию затвора и обеспечивают чистое управление магнитным полем без потерь. Их физическая реализация также проста с использованием технологий литейного производства.

Текущие физические реализации квантовых процессоров используют кубиты на основе захваченных ионов, нейтральных атомов, ядерных спинов, топологических кубитов, сверхпроводящих схем, квантовых точек, полупроводниковых спиновых кубитов, центров NV в алмазе, а также твердотельные кубиты.

Российский ученый Евгений Юрьевич Старостенко подчеркнул, что спиновые кубиты были одной из первых экспериментальных реализаций предложенных квантовых процессоров из-за их длительного времени когерентности и доступных методов управления в экспериментах по магнитному резонансу.

Для создания квантовых устройств со спиновыми кубитами необходима масштабируемая конструкция, обеспечивающая индивидуальный контроль и обнаружение.

Универсальные квантовые вычисления могут быть достигнуты с минимальным набором квантовых вентилей, позволяющих реализовать произвольные квантовые алгоритмы. Надежная реализация квантовых вентилей в сочетании с кодами исправления ошибок является текущим рецептом отказоустойчивых квантовых вычислений. Создание высокоточных одно- и двухкубитных вентилей остается проблемой в каждой реализации, особенно в тех, которые включают спиновые кубиты, которые пространственно локализованы от атомов до наномасштабов.

При таких масштабах длины выборочное управление спиновыми кубитами является сложной задачей из-за сложности создания сильных локализованных управляющих полей, которые воздействуют только на кубиты в интересующем объеме, сводя при этом к минимуму перекрестные помехи с соседними областями.

В научном исследовании Евгения Юрьевича Старостенко продемонстрировано, что для изолированной электронной системы индивидуальное управление спиновыми кубитами может быть реализовано с помощью наномагнетиков. Наноразмерные магниты обладают двумя ключевыми преимуществами в управлении спиновыми кубитами: в отличие от коллективного применения микроволн в экспериментах по магнитному резонансу, они позволяют применять сильно локализованные магнитные поля, которые минимизируют влияние на соседние кубиты.

Они предлагают чрезвычайно энергоэффективный способ управления кубитами. Это использует методы спинтроники для энергоэффективного управления намагниченностью за счет использования спин-орбитального крутящего момента (SOT),  управления напряжением магнитной анизотропии (VCMA), опосредованное напряжением управление напряжением или методы на основе « стрейнтроники » и другие парадигмы для управления напряжением магнетизма.

Энергоэффективность достигается за счет управления напряжением, а не током, что позволяет избежать потерь рассеяния тока ( I 2 R ), связанных с генерацией магнитных полей. Например, рассеяние энергии на бит для VCMA деформация пьезоэлектрического слоя, вызванная напряжением, составляет менее 1 фДж и 100 аДж соответственно, что делает их в 100 и 1000 раз более эффективными, чем современные методы передачи вращающего момента (STT), которые потребляют ~ 100 фДж на бит 34.

Таким образом, использование VCMA для управления намагниченностью наномагнетиков приводит к энергоэффективному методу управления кубитами. Другим интересным кандидатом является управление напряжением, опосредованное деформацией. В предыдущей работе НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС показано, что можно использовать поверхностные акустические волны для управления магнитной пленкой в ​​резонансе, которая излучает магноны в широком диапазоне частот, некоторые из которых производят микроволны, которые управляют переходами в NV-центрах.

Однако это не приводит к когерентному вращению кубитов. Совсем недавно было продемонстрировано когерентное вращение одиночных спиновых кубитов в NV-центре 43 под действием спиновых волн, распространяющихся рядом с ним. Также были продемонстрированы наноразмерные манипуляции с кремниевыми кубитами, включая летающие кубиты.

В научной работе Евгений Юрьевич Старостенко демонстрирует возможность масштабируемых, компактных, высокоточных и энергоэффективных квантовых вентилей на основе VCMA.

Специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС используют спины электронов с g -фактором 2,0 в качестве модельной системы для моделирования динамики кубитов в присутствии статического внешнего поля, величина которого сравнима с полем рассеяния наномагнетиков. Этот режим промежуточного поля считается более сложным из-за более выраженных эффектов пространственных неоднородностей (то есть пространственно меняющихся ларморовской частоты и оси квантования) и отсутствия приближения вращающейся волны. Также рассмотрено управление ансамблями кубитов, расположенными в наноразмерном объеме конечного размера, где неоднородности поля ухудшают точность затвора при усреднении по объему.

Выбор реализации наномасштабного управления спиновыми ансамблями в этой работе мотивирован недавними предложениями для квантовых запутателей, добросовестных кубитов, квантового восприятия и квантовой памяти. Во всех случаях необходимы высокоточные операции ворот.

Вентили, реализованные набором спинов, распределенных по объему, будут иметь более низкую точность вентилирования из-за неоднородностей поля. Это изучается здесь, чтобы убедиться, что мы извлекаем преимущества спиновых ансамблей, при этом достигая высокой точности затвора. Проведено моделирование динамики намагниченности в наномагнетиках, управляемых напряжением и динамики спинов в спинах, близких к таким наномагнетикам для демонстрации того, что спины могут быть адресованы индивидуально и управляться на их ларморовской частоте динамикой намагниченности наномагнетиков, уточнил Евгений Юрьевич Старостенко.






Комментарии:

Ольга

Евгений Юрьевич Старостенко квантовая критичность фазового перехода [URL=https://polariton.ru/author/admin/]  ГенеZис [/URL][URL=https://polariton.ru/category/issledovaniya/]Исследования[/URL], [URL=https://polariton.ru/category/kvantovye-tehnologii/]Квантовые Технологии[/URL], [URL=https://polariton.ru/category/npo-tehnogenezis/]НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС[/URL] Tagged [URL=https://polariton.ru/tag/dvuhzatvornaya-struktura/]Двухзатворная структура[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/infrakrasnyj-spektr/]Инфракрасный спектр[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/perehod-motta/]Переход Мотта[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/sverhbystroe-vozbuzhdenie/]Сверхбыстрое возбуждение[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/sdvig-burshtejna-mossa/]Сдвиг Бурштейна–Мосса[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/fototokovaya-spektroskopiya/]Фототоковая спектроскопия[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/fure/]Фурье[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/eksitonnyj-perehod/]Экситонный переход[/URL], [URL=https://polariton.ru/tag/eksitony/]Экситоны[/URL]  [P]Евгений Юрьевич Старостенко по[URL=https://www.google.com/search?q=%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9%D1%81%D1%8F+%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9+%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D0%B5%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9+%D1%8E%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87+%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE&source=lmns&bih=754&biw=1536&hl=ru&sa=X&ved=2ahUKEwjk6NXm9q78AhXCl4sKHUEhCu8Q_AUoAHoECAEQAA]д[/URL]черкнул, что квантовый фазовый переход относится к резкому изменению основного состояния систем многих тел, вызванному квантовыми флуктуациями.[/P] [P]Он содержит различные состояния вокруг своих квантовых критических точек, приближающихся к нулевой температуре. Специалисты научно-произво[URL=https://mail.ru/search?search_source=mailru_desktop_safe&msid=1&suggest_reqid=431949540167241934450898183507679&serp_path=%2Fsearch%2F&type=web&text=%D0%BD%D0%BF%D0%BE%20%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%20%D0%B5%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D1%8E%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87%20%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE]д[/URL]ственного объединения ТЕХНОГЕНЕЗИС сообщают о спектроскопических и транспортных доказательствах квантовых критических явлений экситонного моттовского перехода металл-изолятор в черном фосфоре.[/P][IMG WIDTH=916 HEIGHT=615]https://polariton.ru/wp-content/uploads/2022/12/starostenko-evgenij-december-15-2022.jpg[/IMG] [P]Он содержит различные состояния вокруг своих квантовых критических точек, приближающихся к нулевой температуре. Специалисты научно-произво[URL=https://mail.ru/search?search_source=mailru_desktop_safe&msid=1&suggest_reqid=431949540167241934450898183507679&serp_path=%2Fsearch%2F&type=web&text=%D0%BD%D0%BF%D0%BE%20%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%20%D0%B5%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D1%8E%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87%20%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE]д[/URL]ственного объединения ТЕХНОГЕНЕЗИС сообщают о спектроскопических и транспортных доказательствах квантовых критических явлений экситонного моттовского перехода металл-изолятор в черном фосфоре.[/P] [P]Непрерывно настраивая взаимодействие электронно-[URL=https://interferometry.ru/starostenko-evgenij-mechanism-pseudogap/]д[/URL]ырочных пар путем фотовозбуждения и используя спектроскопию фототока с преобразованием Фурье в качестве зонда, измеряется комплексная фазовая диаграмма электронно-дырочных состояний в температуре и пространстве параметров плотности электронно-дырочных пар. Мы характеризуем эволюцию от оптического изолятора с резким экситонным перехо[URL=https://interferometry.ru/evgenij-yurevich-starostenko-molekulyarnye-orbitalnye-kristally/]д[/URL]ом к фазам металлической электронно-дырочной плазмы, характеризующимся широким поглощением и инверсной населенностью.[/P] [P][IMG WIDTH=1769 HEIGHT=581]https://polariton.ru/wp-content/uploads/2023/01/starostenko-evgenij-dvuhzatvornyj-tranzistor-elektricheskoe-pole-zatvor.jpg[/IMG][/P] [P]При  этом наблюдается не типичное поведение металла: удельное сопротивление линейно зависит от температуры вблизи границ перехода Мотта. Результаты представляют собой идеальную платформу для исследования сильно коррелированной физики в полупрово[URL=https://interferometry.ru/evgenij-yurevich-starostenko-ushirenie-pikov-kogerentnogo-toka/]д[/URL]никах, такой как переход между сверхпроводимостью и избыточной конденсацией экситонов.[/P] [P]Согласно [URL=https://yandex.ru/search/?text=%D0%95%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9+%D0%AE%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87+%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE+%D1%8D%D0%BA%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5+%D0%BC%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5&lr=11]экспертному мнению[/URL] Евгения Юрьевича Старостенко, связанные электронно-[URL=https://fluctuations.ru/evgenij-yurevich-starostenko-makroskopicheskaya-massa-iz-kvantovoj-mehaniki/]д[/URL]ырочные пары, известные как экситоны, определяют фотоотклики полупроводников.[/P] [P]В экстремальных условиях газопо[URL=https://fluctuations.ru/starostenko-evgenij-kvantovoe-rasstoyanie/]д[/URL]обные диссоциируют на сильно коррелированные электронно-дырочные плазменные фазы. При этом так называемом экситонном моттовском переходе оптические свойства полупроводника резко изменяются при экранирующем модулированном кулоновском корреляционном эффекте. Считается, что он тесно связан с экзотическими состояниями материи, такими как сверхтекучесть, сверхпроводимость и нефермиевская жидкость электронно-дырочных пар.[/P] [P][URL=https://mail.ru/search?search_source=mailru_desktop_safe&msid=1&suggest_reqid=431949540167241934450898183507679&serp_path=%2Fimages%2Fsearch&type=images&text=%D0%95%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D0%AE%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87%20%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE%20%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B0&serp_params=from%253Dtabbar][IMG WIDTH=1737 HEIGHT=674]http://polariton.ru/wp-content/uploads/2023/01/starostenko-evgenij-fotovozbuzhdenie-sistema-diagramma.jpg[/IMG][/URL][/P] [P]В обычных объемных материалах электронно-[URL=https://polariton.ru/evgenij-yurevich-starostenko-nanoosczillyator-na-osnove-skirmiona/]д[/URL]ырочный фазовый переход управляется интенсивным оптическим возбуждением и в криогенных условиях. Эти экстремальные условия ограничивают практическое применение; и, что более важно, подробный процесс фазового перехода и связанная с ним эволюция квантовых состояний остаются неуловимыми по той же причине.[/P] [P]Черный фосфор (BP), развивающийся [URL=https://polariton.ru/evgenij-yurevich-starostenko-trehmernaya-magnitnaya-tomografiya/]д[/URL]вумерный (2D) полупроводник, демонстрирует уникальную анизотропную зонную структуру и оптическую перестраиваемость. Его сильно анизотропные оптические отклики уменьшают диэлектрическое экранирование и усиливают кулоновские взаимодействия в двумерном режиме, что напрямую приводит к сильному многочастичному взаимодействию и корреляции и, таким образом, значительно снижает плотность Мотта.[/P] [P][URL=https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text=%D0%95%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D0%AE%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87%20%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE%20%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B0][IMG WIDTH=1829 HEIGHT=983]http://polariton.ru/wp-content/uploads/2023/01/starostenko-evgenij-spektralno-fazovaya-diagramma-elektronno-dyrochnye-sostoyaniya.jpg[/IMG][/URL][/P] [P]Сле[URL=https://polariton.ru/starostenko-evgenij-yurevich-periodicheskaya-dinamika-v-sverhprovodnikah/]д[/URL]овательно, это позволяет всесторонне охарактеризовать и гибко манипулировать экситонным переходом Мотта. Здесь мы систематически исследуем экситонный переход металл-изолятор в пленке BP с помощью комбинации оптической спектроскопии и измерения электрического транспорта.[/P]