Квантовые компьютеры: надежды и реальность - Валиев К.А.
Скачать (прямая ссылка):
С помощью постоянного смещения Vg на сверхпроводящем островке п размерами 700 х 50 х 15 нм3 из алюминия с вероятностью ~ 1 устанавливается начальное состояние Qt = Qо, соответствующее числу электронов ~ 108. Это чистое состояние |0). Импульсное напряжение адиабатически приводит два антипересекающихся зарядовых состояния в резонанс, и волновые функции когерентно эволюционируют в
338
Глава 7
Ej.Cj
Рис. 7.2. Эквивалентная схема экспериментально реализованного в [7.8] кубита. п — сверхпроводящий островок, Vg — постоянное смещение на затворе, Vp(t) — импульсный электрический потенциал, Vb — потенциал на пробном высокоомном туннельном переходе, Ф — магнитный поток в интерференционной петле, контролирующий энергию связи Ej пары джозефсоновских переходов А и В.
течение времени длительности импульса Д?, образуя когерентные суперпозиции.
Пробное напряжение вызывает переход состояния |0) в состояние |1) с туннелированием двух квазичастиц через пробный туннельный переход с известными вероятностями Tqpi и Тдр2 (около (6 не)-1 и (8 не)-1 в эксперименте), Ri ~ 30 МОм. Роль пробного перехода в рассматриваемом устройстве двоякая: во-первых, детектирование пары туннелирующих квазичастиц позволяет детектировать и состояние 11), и, во-вторых, с его помощью можно подготавливать начальное основное состояние для последующих операций с кубитами.
Эксперимент проводился при температуре 30 мК (кТ~ ЗмкэВ), кулоновская энергия островка составляла Ес = 117 ± ЗмкэВ, а энергия связи туннельных переходов А и В при Ф = 0 составляла Ej = = 51,8мкэВ.
Время декогерентизации в рассматриваемом устройстве оценивается в несколько наносекунд при продолжительности переключающего импульса в сотни пикосекунд.
Литература
339
В заключение укажем на некоторые трудности, которые можно ожидать на пути создания сверхпроводниковых многокубитовых квантовых компьютеров. Они связаны:
1) с необходимостью жесткого контроля за совершенством изготовления туннельных джозефсоновских переходов и за временными характеристиками импульсных воздействий;
2) с необходимостью использования для управления отдельными кубитами затворов, флуктуации напряжения на которых являются основной причиной декогерентизации;
3) с наличием связи большого числа кубитов с электромагнитным окружением, благодаря которой образуется сложная нелинейная система, где могут проявляться нежелательные нелинейные эффекты.
Литература
[7.1] Воско M.F., Herr A.M., Feldman V.J. Prospects for quantum coherent computation using superconducting electrons // IEEE Trans. Appl. Supercond., 1997, v. 7, pp. 3638-3641.
[7.2] Averin D. V. Quantum Computing and Quantum Measurement with Mesoscopic Josephson Junctions // 2000, LANL E-print arXiv: quant -ph/0008114, 13 p.
[7.3] Averin D. V. Adiabatic Quantum Computation with Cooper Pairs // Solid State Comm. 1998, v. 105, № 10, pp. 659-664.
[7.4] Shnirman A., Schon GHermon Z. Quantum Manipulations of Small Josephson Junction // Phys. Rev. Lett., 1997, v. 79, №12, pp. 2371-2374.
[7.5] Schon G., Shnirman A., Makhlin Y. Josephson-Junction Qubits and the Readout Process by Single-Electron Transistors // 1998, LANL E-print cond-mat /9811029.
[7.6] Shnirman A., Schon G. Quantum Measurements Performed with a Single-Electron Transistor // 1998, LANL E-print cond-mat/9811125.
[7.7] Makhlin Y., Schon G., Shnirman A. Josephson-Junction Qubits with Controlled Coupling // Nature, 1998, v. 398, pp. 305.
[7.8] Nakamura Y., Pashkin Yu. A., Tsai J.S. Coherent Control of Macroscopic Quantum States in a Single-Cooper-Pair box // Nature, 1999, v. 398, pp. 786.
[7.9] Кулик И. О., Янсон И. К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. — М.: Наука, 1970, 272 с.
340
Глава 7
[7.10] Friedman J.R., Patel VChen WTolpygo S.K., Lurens J.E. Quantum Superposition of Distinct Macroscopic States // Nature, 2000, v. 406, 6 July, pp. 43-46.
[7.11] Silvestrini PStodolsky L. Adiabatic Inversion in the SQUID, Macroscopic Coherence and Decoherence // 2000, LANL E-print arXiv: cond-mat/0010129, 7 p.
[7.12] Ioffe L.B., Geshkenbein V.B., FeigeVman M.V., Fauchure A.L., Blatter G. Quiet SDS’ Josephson Junction for Quantum Computing // Nature, 1999, v. 398, pp. 679.
[7.13] Makhlin Y., Schon GShirman A. Quantum State Engineering with Josephson-Junction Devices. // 2000, LANL, E-print arXiv: cond-matl0011269, 46 p.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
«О сколько нам открытий чудных Готовит просвещенья дух И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель».
А. С. Пушкин
Ясно, что время, как наилучший судья, сможет определить цену всем рассмотренным нами возможным вариантам квантовых компьютеров. Некоторые из них будут отброшены, другие, наоборот, существенно переработаны и развиты и, наконец, успешная экспериментальная реализация какого-то из них вынесет окончательный приговор всем остальным.
