Кремниевый чип размером с ноготь хранит миллиарды крошечных переключателей. Но для квантового компьютера нужны не переключатели, а отдельные электроны, пойманные в микроскопические ямки. Эти ямки — квантовые точки. И вот беда: две соседние ямки, выглядящие одинаково, могут по-разному удерживать электрон. Одна чуть глубже, другая чуть мельче. Раньше такие различия можно было только предполагать.
Теперь появился способ их увидеть. Учёные сканируют поверхность чипа тонкой иглой и измеряют, как сильно электрон реагирует на магнитное поле. Эта реакция — g-фактор — у каждого электрона своя, как отпечаток пальца. Сканируя область 40 на 400 нанометров, исследователи нашли, что у каждой квантовой точки есть два значения g-фактора. Они соответствуют двум разным состояниям электрона, связанным с долинами — особыми зонами в кристалле кремния. Две долины как два этажа в доме, и электрон может жить на первом или на втором.
Карты g-фактора сравнили с картами другого параметра — расщепления долин, который показывает разницу в энергии между двумя этажами. Оказалось, оба параметра меняются вдоль одной линии — пути, по которому электроны перевозят через чип, как по конвейерной ленте. Это позволило вычислить силу связи между долинами в каждой точке пути. Такая связь — ключ к тому, как электрон ведёт себя при перемещении.
Для квантовых вычислений важно, чтобы все электроны были одинаковыми, как солдаты в строю. Если один чуть иначе реагирует на магнитное поле, это сбивает вычисления. Теперь инженеры смогут заранее видеть проблемные места на чипе и исправлять их. Это как получить рентгеновский снимок перед операцией, а не после.
Квантовая точка в кремнии настолько мала, что на срезе человеческого волоса поместилось бы около десяти тысяч таких точек в ряд.