Исследователи из RIKEN Center for Emergent Matter Science и их коллеги достигли высокой точности управления несколькими спиновыми кубитами в кремнии, работающими одновременно. Используя массив из пяти кубитов на общей микроволновой линии и новый метод калибровки, ученые сохранили точность выше 99,99% при трех активных кубитах.
Спиновые кубиты в кремнии имеют хорошие перспективы для создания квантовых компьютеров будущего, поскольку их можно производить с помощью тех же полупроводниковых методов, которые применяются для изготовления обычных компьютерных чипов. Однако при одновременном управлении несколькими такими кубитами их операции теряют точность. Исследователи из RIKEN Center for Emergent Matter Science в ходе исследования, опубликованного в Nature Physics, смогли преодолеть это препятствие.
Устранение сдвига AC Stark и калибровка пар кубитов
Микроволновые сигналы обеспечивают точный контроль над спином отдельных электронов в кремнии, но одновременная работа нескольких кубитов вызывает нежелательные эффекты. Ученые выяснили, что главной причиной ошибок является сдвиг AC Stark. Этот феномен возникает, когда микроволновые сигналы меняют эффективные уровни энергии кубита, создавая сдвиги фаз в его квантовом состоянии.
Для борьбы с этим эффектом команда разработала метод калибровки, который компенсирует нежелательные фазовые сдвиги. Как пояснил аспирант и первый автор экспериментов Yi-Hsien Wu, подход опирается на калибровку между парами кубитов, избавляя от необходимости отдельно настраивать каждую возможную комбинацию квантовых битов.
Показатели точности пяти кубитов в лаборатории RIKEN
Объединив новую технику калибровки с усовершенствованным дизайном устройств и точной настройкой микроволновых импульсов, ученые протестировали массив из пяти кубитов, соединенных с общей линией управления. При тестировании по отдельности каждый кубит показал уровень верности операций выше 99,99%, а лучший из них приблизился к заветному рубежу.
Когда исследователи активировали три кубита одновременно, точность оставалась выше 99,99%. При одновременном управлении всеми пятью кубитами точность держалась на отметке около 99,9%, что приближается к требованиям для практических отказоустойчивых квантовых компьютеров.
Преодоление декогеренции и перспективы масштабирования процессоров
Хотя метод калибровки значительно сократил количество ошибок, полностью устранить их не удалось. Оставшаяся потеря точности связана с индуцированной управлением декогеренцией — эффектом, возникающим из-за повышенной мощности микроволн, которая требуется для параллельной работы нескольких кубитов. Как отметил старший исследователь RIKEN Leon Camenzind, дальнейшие улучшения конструкции устройств помогут снизить этот источник ошибок.
Leon Camenzind отметил: «Это показывает, что высокая точность управления сохраняется даже при одновременной работе нескольких кубитов, и представляет собой важный шаг к масштабированию кремниевых квантовых процессоров».
По словам Seigo Tarucha, руководителя проекта по кремниевым квантовым вычислениям по программе JST Moonshot Goal 6, надежное параллельное управление служит ключевым шагом к созданию отказоустойчивого квантового компьютера на основе кремниевых спиновых кубитов.
По теме
