Проблема считывания результата вычислений является одной из основных в квантовом компьютере. Заманчиво использовать обычные микроэлектронные структуры для проведения подобного измерения.

Идея измерять состояние зарядовых кубитов, помещенных рядом с каналом кремниевого полевого транзистора, уже приходила в голову японским исследователям (ПерсТ, вып. 1/2, 2000г.). Недавно подобная идея, но уже по отношению к спиновым кубитам, посетила ученых из University of California (Беркли, США) [1]. Они предложили определять спиновое состояние электрона на атоме фосфора, помещенном в канал полевого транзистора, по величине тока. Величина тока определяется спин-зависимым рассеянием электронов проводимости на примесных атомах. Амплитуда этого рассеяния зависит не только от прямого кулоновского взаимодействия, но и обменного взаимодействия, которое определяется спиновым состоянием.

К сожалению, знак обменного взаимодействия определяется полным спином системы из двух электронов. Если электроны имеют противоположную ориентацию спинов вдоль оси z, то полный спин может быть равен как S=1, так и S=0.

Другим препятствием является процесс взаимного переворота спина измеряемого электрона в результате рассеянии на нем пролетающего электрона. Этот процесс аналогичен эффекту Кондо. Последствия его таковы: мы еще не успели ничего измерить, а спин уже перевернулся. Чтобы подавить этот нежелательный процесс, авторы предлагают использовать сверхтонкое взаимодействие спина измеряемого электрона со спином ядра атома фосфора ─ тогда переворот спина измеряемого электрона запрещает закон сохранения энергии. Однако энергия сверхтонкого расщепления слишком мала (примерно 10^-8 эВ), чтобы исключить переворот. Ее всегда можно взять из кинетической энергии электрона. К сожалению, в работе не представлен расчет самой величины эффекта даже в идеализированных условиях.

Но, как бы то ни было, для повышения чувствительности метода необходимо делать канал транзистора как можно уже. И тогда мы естественным путем приходим к идее измерения состояния спина с помощью тока в квантовой нити.

Эту идею уже на протяжении многих лет разрабатывают российские ученые А. Орликовский, В. Вьюрков, А. Ветров (ФТИАН) и Л. Горелик (Chalmers University, Швеция). В последней работе [2] предложено использовать резонанс Фано для увеличения амплитуды рассеяния. В резонансных условиях коэффициент отражения может приблизиться к единице. А вот для подавления переворота спина в процессе измерения предлагается использовать спин-орбитальное взаимодействие. Энергия спин-орбитального взаимодействия может достигать в полупроводниках нескольких мэВ.

• 1. M. Sarovar et al., arXiv:0711.2343,15 Nov (2007)
• 2. L. Gorelik et al. Int. Symp. “Quantum Informatics 2007”, Zvenigorod, Oct. 2007, Book of Abstracts, p. Q4