Skupina raziskovalcev na Nizozemskem je postavila rekordno število silicijevih spin kubitov na čip. S kombiniranjem naprednega modularnega sklada programske opreme, učinkovitih kalibracijskih rutin in zanesljive izdelave naprav so raziskovalci pokazali, da lahko upravljajo novi šest-kubitni čip z visoko zvestobo, s čimer se sprosti pot še večjim številom kubitov v napravah, ki temeljijo na siliciju.
Čeprav imajo kvantni računalniki načeloma številne prednosti pred svojimi klasičnimi primerki, bodo mnoge od teh prednosti uresničene šele, ko bodo lahko kvantni računalniki delovali z vsaj milijonom kubitov. Obstaja veliko obetavnih platform kubitov, vključno s superprevodnimi kubiti, ujetimi ioni in fotonskimi platformami, raziskovalci pa so doslej dokazali, da lahko nadzorujejo med nekaj deset in nekaj sto kubiti, odvisno od platforme. V vsakem primeru pa je eden od glavnih dejavnikov, ki raziskovalcem preprečuje povečevanje števila kubitov, ta, da lahko kubiti dekoherirajo (izgubijo svojo kvantno naravo) in postanejo predmet navzkrižnega pogovora iz bližnjih kubitov. Oba procesa vplivata na kakovost celotnega sistema.
Polprevodniški kubiti, kot so silicijevi vrtljaji, imajo pomembno visoko karto v igri platforme kubitov: se lahko množično proizvajajo kot običajni računalniški čipi. Zaradi te razširljivosti so obetavni kandidati za izgradnjo obsežnega kvantnega računalnika, visoka kakovost ali zvestoba operacij, ki vključujejo posamezne silicijeve vrtljive kubite ali pare kubitov (99.9 %), pa je še ena prednost.
Upravljanje večjega števila silicijevih vrtilnih kubitov s tako visoko zvestobo pa se je izkazalo za težavno, ker je vrtenje elektronov zelo občutljivo. To pomeni, da medtem ko so bili različni procesi qubit (vključno z inicializacijo in odčitavanjem) prikazani posamezno z visoko zvestobo, je njihova kombinacija pomenila žrtvovanje zvestobe celotnega procesa.
Na naslednjo stopnjo
Novi silicijev čip, ki so ga izdelali raziskovalci pri QuTech (sodelovanje med Univerzo za tehnologijo Delft in TNO), premaga nekatere od teh prejšnjih izzivov. Poleg tega, da ima čip rekordno število šestih vrtljivih kubitov, postavljenih v niz linearnih kvantnih pik, vključuje tudi dve zaznavni kvantni piki za posamezno in univerzalno krmiljenje in odčitavanje. Poleg tega raziskovalci uporabljajo nabor protokolov, namenjenih ohranjanju visoke zvestobe, kot so avtomatizirane kalibracijske rutine in programski program za naknadno obdelavo signala za zmanjšanje napak.
Kar še dodatno ločuje ta rezultat od prejšnjih poskusov, je, da postopek inicializacije kubitov – to je postavitev vseh kubitov v želeno začetno stanje – združuje meritve vrtilnega stanja s povratnimi informacijami v realnem času. Prednost te sheme je, da se ne zanaša na veliko počasnejši proces, imenovan termalizacija, pri katerem se kubiti »ponastavijo« tako, da se postavijo v osnovno stanje. Poleg tega vsak vrtilni kubit deluje z enim samim elektronom in ne potrebuje dostopa do »rezervoarjev« elektronov, da bi prinesel sveže. Zaradi tega so njihove operacije hitrejše, kar pomeni, da se operacije lahko zaključijo, preden se začne dekoherenca.
Raziskovalci so dokazali visoko kakovost svoje naprave z dokazovanjem 99.9-odstotne zvestobe pri operacijah, ki vključujejo vrata z enim kubitom. Ustrezne zvestobe dvokubitnih vrat so bile navedene s pripravo posebnih kvantnih stanj, znanih kot Bellova stanja, z 89–95-odstotno zvestobo v nizu – rezultat, ki je jasno pokazal učinek naprednih protokolov ekipe.
Naslednji korak: sočasne operacije
Vodilni raziskovalec Lieven Vandersypen, ki je bil soavtor prispevka v Narava opisuje delo, pravi, da bo naslednji korak ekipe izvajanje sočasnih operacij na kubitih, kar bo omogočilo več operacij, preden bodo učinki dekoherence preveliki. Načrtuje tudi izvajanje kvantnih algoritmov na procesorju, ekipa pa že dela na nizih kvantnih pik v dveh dimenzijah, pa tudi na metodah za povezovanje dveh nizov kvantnih pik prek kvantne povezave na čipu.
Silicijevi spin kubiti, proizvedeni v industrijskem obsegu
Silvano de Franceschi, raziskovalec pri CEA v Grenoblu v Franciji, ki ni bil vključen v to delo, ga imenuje "precej trdno in prepričljivo". Dodaja, da je uresničitev šest-kubitnega registra pomemben korak k povečevanju števila kubitov v siliciju, in pravi, da so bili protokoli raziskovalcev ključni pri doseganju visoke natančnosti za eno- in dvokubitne operacije. Poudarja pa tudi, da izvajanje takšnih operacij v elementarnem sistemu z dvema kubitoma ni enako izvajanju v nizu kubitov, saj je slednje »tehnično veliko bolj zahtevno«. Nazadnje ugotavlja, da raziskava razkriva pomembna vprašanja, kot je potreba po razumevanju in kompenzaciji učinkov segrevanja, povezanih z delovanjem niza spin-qubit.
