Группа ученых из Центра материаловедения института RIKEN, совместно с учеными из некоторых других японских научных учреждений, разработала технологию, позволяющую произвести пары запутанных электронов, имеющих общий спин, направление их вращения. Кроме этого, ученые продемонстрировали то, что квантовая запутанность продолжает действовать, когда электроны движутся по различным путям и проходят по различным элементам полупроводникового чипа. Такая технология в будущем может стать основой нового типа электронных квантовых сетей, позволяющих обмениваться информацией между квантовыми битами, кубитами квантового компьютера при помощи явления квантовой телепортации в пределах одного чипа.

Способность создавать запутанные пары электронов, известных, как пары Эйнштейна-Подольского-Розена, давно была целью многих исследователей, работающих в направлении квантовых вычислений. "Теперь мы продемонстрировали, что у нас имеется возможность достоверно производить такие пары. При этом, созданный процесс полностью управляем, и мы можем сделать столько пар, сколько нам необходимо в каждый конкретный момент времени" - рассказывает Рассел Дикон (Russell Deacon), - "До последнего времени ученым удалось добиться подобного лишь в отношении создания пар запутанных фотонов, которые сами по себе чрезвычайно стабильны и не подвержены сильному влиянию окружающей среды. Электроны, в отличие от фотонов, очень сильно реагируют даже на самые незначительные изменения в их окружении, и единственной квантовой характеристикой, по которой их можно запутать, является их вращение, как наиболее устойчивый параметр".

Для создания пар запутанных электронов группе Дикона пришлось изготовить специальное крошечное устройство, размер которого составляет несколько сотен нанометров. В качестве исходного материала берется пара электронов, называемая куперовской парой, за счет образования которых электрический ток может течь в сверхпроводниках не встречая никакого сопротивления. Купероовская пара разделяется при помощи явления квантового туннелирования и каждый из электронов куперовской пары проходит через отдельную квантовую точку, микроскопический кристалл с определенными квантовыми свойствами. Такой раскол пары не нарушает запутанности электронов, каждый из которых можно направить по своему собственному пути.

Множество кристаллов квантовых точек, каждая из которых имеет размеры около 100 нанометров, были выращены прямо на поверхности полупроводникового чипа. При помощи атомно-силового микроскопа ученые тщательно исследовали поверхность чипа, пока не была обнаружены пары точек, расположенных достаточно близко для того, чтобы работать в качестве "расщепителя" куперовских электронных пар. "Мы просмотрели тысячи точек и идентифицировали всего сотню, которые удовлетворяли нашим требованиям" - рассказывает Рассел Дикон, - "Из этого всего мы сделали двадцать устройств-расщепителей, из которых работоспособными оказались лишь два".

Измеряя ток, протекающий по сверхпроводнику, ученые смогли определить, что направление вращения электронов осталось запутанной квантовой характеристикой электронов, проходящих через квантовые точки. "Теперь, когда мы удостоверились в том, что электроны остаются надежно запутанными, мы начнем работу по созданию более сложного устройства, в котором будут создаваться электронные пары, при помощи которых можно будет телепортировать состояние кубитов из одного места чипа в другое, что в будущем станет одной из основных операций, выполняющихся в недрах квантовых процессоров" - рассказал Рассел Дикон.