Важнейшие результаты (Page 2)

Important results

Авторы: И.И. Амиров, В.В. Наумов

Разработана технология и изготовлен чувствительный элемент микродатчика направления звуковой волны (МДНЗВ), предназначенный для определения направления источника звука. Он применяется в промышленности, военных разработках, системах безопасности и других приложениях. Датчик изготовлен с использованием технологии микросистемной техники на основе процесса глубокого травления кремния. Основой чувствительного элемента микродатчика являются вывешенные платиновые нити толщиной менее 100 нм.

Разработаны конструкции чувствительного элемента МДНЗВ с двумя и тремя Pt нитями c расстояниями между ними 50, 100 и 150 мкм, длина нитей 1000 и 1400 мкм, в том числе совмещенных датчиков для определения направления звука по двум ортогональным направлениям. Изготовлены протипы датчиков МДНЗВ и измерены их статические характеристики.

Разработка проводилась в рамках договора с АО «НИИ «Вектор» (С-Петербург).

 

 

Модель полномасштабного квантового регистра на основе цепочки ядерных спинов в тонкой пластине антиферромагнетика

Предложена и детально исследована модель полномасштабного квантового регистра на основе регулярной  одномерной цепочки из изотопов с ядерными спинами I = 1/2, замещающих основные изотопы в тонкой пластине однодоменного безспинового антиферромагнетика с легкой осью анизотропии. Наличие неоднородности внешнего магнитного поля обеспечивает не только различие резонансных частот отдельных кубитов в квантовом регистре, но и возможность управления взаимодействием между удаленными спинами.

Модель полномасштабного квантового регистра на основе цепочки ядерных спинов в тонкой пластине антиферромагнетика

На рисунке представлена схема расположения электронных (S) и ядерных (I)  спинов в двухподрешеточной легкоосной антиферромагнитной пластине    до фазового перехода типа опрокидывания.


KokinA.A., KokinV.A. Antiferromagnet-basednuclearspinmodelofscalablequantumregisterwithinhomogeneousmagneticfield. // Quantum Computers & Computing, 2008, v.8, pp. 78-125.

Кокин А.А, Кокин В.А, О косвенном взаимодействии между ядерными спинами в легкоосном антиферромагнетике. // Теоретическая и математическая физика, 2011, том 168, № 3, стр. 467-481.

Методология анализа полноты, адекватности и точности реализации квантовых вентилей

Основное препятствие на пути реализации концепции полномасштабных квантовых компьютеров – это декогерентизация квантовых состояний, обусловленная квантовыми шумами. С целью существенного повышения уровня исследований в рассматриваемой области совместно с Московским государственным университетом им. Ломоносова и Математическим институтом РАН им. В.А. Стеклова разработана новая методология оценивания качества и эффективности квантовых информационных технологий, основанная на анализе полноты, адекватности и точности реализации квантовых вентилей. Эффективность предложенного подхода была продемонстрирована  в работах с оптическими и сверхпроводниковыми кубитами.

На рисунке справа внизу представлена точность восстановления состояния Белла и GHZ- состояния в зависимости от числа кубитов. На остальных рисунках с помощью сферы Блоха иллюстрируется точность различных протоколов квантовой томографии.


Ю.И. Богданов. Унифицированный метод статистического восстановления квантовых состояний, основанный на процедуре очищения // ЖЭТФ. 2009. Т.135. Вып.6.с.1068-1078.

BogdanovYu.I., BridaG, GenoveseM., KulikS.P., MorevaE.V., andShurupovA.P.StatisticalEstimation of the Efficiency of Quantum State Tomography Protocols //  Phys. Rev. Lett. 2010. V.105. 010404. 4p.

Yu. I. Bogdanov, G. Brida, I. D. Bukeev, M. Genovese, K. S. Kravtsov, S. P. Kulik, E. V. Moreva, A. A. Soloviev, A. P. Shurupov Statistical Estimation of Quantum Tomography Protocols Quality// Phys. Rev. A. 2011. V.84. 042108.19 p.

Исследование влияния квантовых шумов на качество элементной базы квантовых компьютеров

Методы численного анализа и статистического моделирования с учётом влияния квантовых шумом, а также результатов экспериментальных и технологических исследований позволяют дать исчерпывающую оценку качеству и эффективности проектируемых квантовых регистров. Посредством обратной связи развитый подход позволяет наилучшим образом распорядиться имеющимися ресурсами для оптимизации процесса разработки квантовых информационных технологий.

На рисунке слева вверху иллюстрируется динамика квантовой системы в фазовом пространстве, справа вверху – разрушение сцепленности в квантовых операциях под действием шума, слева внизу –  визуализация хи-матрицы для вентиля CNOT под действием деполяризующего шума, справа внизу- восстановление квантового состояния в задаче исследования явления фотоупругости.


Ю.И. Богданов, В.Ф. Лукичёв, С.А. Нуянзин , А.А. Орликовский.  Квантовые шумы и контроль качества элементной базы квантовых компьютеров на сверхпроводниковых фазовых кубитах // Микроэлектроника. 2012. Т.41. №6. с.387-398.

Yu.I. Bogdanov, A.Yu. Chernyavskiy, A.S. Holevo, V.F. Luckichev, A.A. Orlikovsky.Modeling of quantum noise and the quality of hardware components of quantum computers// Proceedings of SPIE. 2013. V. 8700. Art. 87001A.

Yu. I. Bogdanov, A. A. Kalinkin, S. P. Kulik, E. V. Moreva, V. A. Shershulin. Quantum polarization transformations in anisotropic dispersive medium //  New Journal of Physics. 2013. V.15. 035012. 24 p 

Кубиты на пространственных степенях свободы электрона в двойных квантовых точках

Впервые предложен когерентный квантовый бит (кубит), использующий для хранения и переработки информации пространственные степени свободы электрона в полупроводниковой наноструктуре. Конструкция кубита основывается на симметричной паре квантовых точек, разделённых туннельным барьером.  Логические «0» и «1» кодируются не спином электрона, а его пространственным положением в соответствующей точке. Доказано, что, с учётом всех основных механизмов потери когерентности: рассеяния электрона на акустических и оптических фононах, взаимодействия с электромагнитным окружением и контактами, существует область параметров с высокой степенью когерентности пространственных состояний электрона в двойной точке, достаточной для эффективной квантовой обработки информации.


  1. Fedichkin, M. Yanchenko, K.A. Valiev. Novel coherent quantum bit using spatial quantization levels in semiconductor quantum dot. Nanotechnology, V. 11, pp. 387-391 (2000).
Дизайн и контроль одноэлектронных зарядовых кубитов на двойных квантовых точках (ДКТ)

Показано, что с помощью комбинации однофотонного поля полупроводникового резонатора и поля электростатического затвора можно добиться реализации произвольных одно- и двухкубитных вентилей на зарядовых кубитах. Разработана простая и эффективная схема генерации запутанных девятикубитных состояний Шора.


Tsukanov A.V.Photon-assisted conditionality for double-dot charge qubits in a single-mode cavity // Phys. Rev. A. 2012. V. 85. P. 012331.

Новый алгоритм, позволяющий реализовать квантовые операции в кластере из полупроводниковых квантовых точек

Внешний управляющий лазерный импульс вызывает циклическую эволюцию электрона в структуре, если его частота равна частоте перехода, соответствующей одной из восьми зарядовых конфигураций кластера. Этот процесс приводит к фазовому сдвигу данного трехкубитного состояния. Продемонстрирована возможность осуществить произвольную квантовую операцию в логическом подпространстве трех кубитов.


Tsukanov A.V. Indirect coupling in a cluster of quantum-dot-based charge qubits // Journ. Comp. Theor. Nanoscience.A Special Issue on Technology Trends and Theory of Nanoscale Devices for Quantum Applications.2010. V. 7. P. 1727.

Новая схема обработки квантовой информации в алмазной наноструктуре, содержащей NV-центры

Одиночный NV-центр, помещенный в высокодобротный дисковый резонатор, играет роль спинового кубита, эволюцией которого управляют микроволновые, электрические и оптические импульсы. Кубит взаимодействует с полем резонатора путем когерентного обмена фотонами. Запутывание состояний двух произвольных центров происходит за счет регулирования их оптических частот относительно частоты волновода посредством электростатического управления.

 

Новая схема обработки квантовой информации в алмазной наноструктуре, содержащей NV-центры

Схема квантового регистра из пяти NV-кубитов на основе квазилинейной фотонной наноструктуры. Частоты wa,k оптических переходов центров контролируются при помощи электрического поля, создаваемого системой затворов, на которые подаются разности потенциалов Vk (k = 1 – 5). Показана схема настройки частоты первого центра в резонанс с частотой ww моды волновода.


ЦукановА.В., Катеев И.Ю., Орликовский А.А.Квантовый регистр на основе алмазного волновода с NV-центрами // Тр. ФТИАН; Т.22. М.: Наука. 2012. С. 23.

Квантование проводимости металлических наноконтактов молибдена

Впервые продемонстрировано фундаментальное квантование проводимости наноконтактов молибдена. Эксперимент проводился при комнатной температуре и нормальных условиях посредством пьезомеханического перемещения двух молибденовых проводников.  Удалось наблюдать ступенчатое возрастание сопротивления контакта. Полученные гистограммы проводимости демонстрируют пик, соответствующий одному кванту проводимости.


Л. Федичкин, А. Борисов, А. Конин, Р. Петрухненко, М. Чернышев, В. Рубаев. Влияние квантовых эффектов на электронный транспорт в молибденовых наноконтактах. Микроэлектроника, т. 41, с. 5-9 (2012)

Полевой транзистор в ультратонком слое кремния

Разработана эффективная программа квантового моделирования полевых нанотранзисторов на основе структур «кремний на изоляторе».  Проведен расчет характеристик нанотранзисторов с учетом типичных неоднородностей в канале.


  1. Vyurkov, I. Semenikhin, S. Filippov, and A. Orlikovsky. Quantum simulation of an ultrathin body field-effect transistor with channel imperfections. Solid-StateElectronics,V. 70, pp. 106–113 (2012).