Этот затвор управляет поведением электронов, взаимодействующих как квантовые единицы информации — кубиты, участвующие в квантовых вычислениях. Этот почти безошибочно действующий двухэлектронный компонент — заметный шаг к созданию квантовых компьютеров на основе кремния.

Кремниевые устройства для квантового компьютера наименее затратны и наиболее просты в изготовлении. Другие исследователи заявляли о создании элементов, содержащих более 50 кубитов, но они используют экзотические сверхпроводники, или ионы, удерживаемые лазерами.

Подпись к изображению: Кремниевый двухкубитный затвор состоит из двух электронов (синие шарики) в слое кремния (Si). При создании разницы потенциалов между проводами из оксида алюминия (красные и зелёные), происходит захват электронов, которые начинают вести себя как квантовые объекты — их спин становится квантовой единицей информации, называемой «кубит»

Для создания квантового компьютера необходимо надёжно связать кубиты между собой. Этому препятствует неустойчивость спина — он постоянно изменяется между двумя возможными состояниями. Принстонские исследователи сумели сохранить сцепленное состояние спинов на достаточно длинный отрезок времени.

Затвор состоит из высокоупорядоченного кристалла кремния, на котором размещены микроскопические алюминиевые проводники. К проводникам прикладывается разность потенциалов, которая захватывает пару электронов, разделённых потенциальным барьером — эту структуру называют «двойная квантовая точка».

Снижая потенциальный барьер, исследователи позволяют электронам совместно использовать квантовую информацию, создавая особое квантовое состояние «сцепленности». В отличие от привычных компьютерных битов, эти «кубиты» являются одновременно и нулём, и единицей, принципиально расширяя вычислительные возможности.

Показана способность первого кубита управлять вторым, и в принципе эта структура действует как логический элемент «NOT» («НЕ»). Первым кубитом управляют посредством магнитного поля. Реакция затвора зависит от состояния первого кубита — если его спин направлен «вверх», то спин второго кубита изменится. Если же спин первого кубита направлен «вниз», состояние второго останется прежним.

В опыте показана возможность сохранять спин электрона с надёжностью свыше 99 процентов, при этом затвор изменяет спин второго кубита с вероятностью 75 процентов. Авторы утверждают, что эта технология масштабируема на бОльшее число кубитов при меньшем уровне ошибок.