Учёные Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) добились контроля квантового запутывания между спинами двух атомных ядер фосфора, внедрённых в кремниевый микрочип. Это позволяет обеспечить квантовое взаимодействие на масштабе, совпадающем с размером современных компьютерных микросхем, что является важным шагом для развития масштабируемых квантовых вычислений на базе кремния.

Квантовое запутывание — физическое явление, при котором поведение одной частицы тесно связано с состоянием другой вне зависимости от расстояния между ними. Использование ядерных спинов атомов фосфора обеспечивает высокую степень изоляции и стабильности квантовой информации, позволяя хранить и обрабатывать её с низким уровнем ошибок.

Ранее подобная связь реализовывалась между атомами, находящимися в непосредственной близости, закреплёнными за одним электроном. Новое исследование показало возможность связи между ядрами, удалёнными друг от друга приблизительно на 20 нанометров — расстоянии, сопоставимом с размером современных транзисторов.

Иллюстрация: Tony Melov / UNSW Sydney

Исследователи используют электроны как посредников связи: два электрона взаимодействуют друг с другом, создавая косвенную связь между двумя удалёнными ядерными спинами, при этом сохраняя высокую изоляцию от внешних шумов. Это облегчает управление квантовыми взаимодействиями и является важным условием для создания полнофункционального квантового процессора.

Эксперимент основан на существующих производственных процессах полупроводниковой отрасли и использует чистые кремниевые пластины и внедрение атомов фосфора с точностью, необходимой для построения квантовых чипов.

Авторы отмечают, что данный метод контроля квантовых состояний является надёжным и масштабируемым. Они планируют расширять число используемых электронов и формировать более длинные цепочки взаимосвязанных ядерных спинов.