Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii (UNSW) w Australii twierdzą, że osiągnęły 99% dokładność w obliczeniach kwantowych. To utoruje drogę do stworzenia urządzeń kwantowych na bazie krzemu, kompatybilnych z nowoczesnymi technologiami wytwarzania półprzewodników.
Profesor Andrea Morello z UNSW stwierdził: „Kiedy błędy są tak rzadkie, możliwe staje się ich wykrycie i poprawienie, gdy się pojawią. To pokazuje, że możliwe jest zbudowanie komputerów kwantowych o wystarczającej skali i wystarczającej mocy do wykonywania sensownych obliczeń”.
Teraz celem zespołu jest stworzenie „uniwersalnego komputera kwantowego”, który nie będzie powiązany z żadną konkretną aplikacją.
„To badanie jest ważnym kamieniem milowym na ścieżce, która doprowadzi nas do naszego celu”, mówi Morello.
Artykuł profesora jest jednym z trzech opublikowanych w czasopiśmie Nature, które niezależnie potwierdzają, że solidne i niezawodne obliczenia kwantowe w krzemie stały się rzeczywistością.
Morello i inni badacze osiągnęli do 99,95% dokładności z jednym kubitem i 99,37% z dwoma kubitami w układzie trzech kubitów (elektron i dwa atomy fosforu wprowadzone do krzemu przez implantację jonów).
Zespół z Delft w Holandii, kierowany przez Lievena Vandersiepena, osiągnął dokładność 99,87% dla pojedynczego kubitu i 99,65% dla dwóch kubitów, wykorzystując spiny elektronów w kropkach kwantowych utworzonych z krzemu i stopu krzemowo-germanowego (Si/SiGe).
Zespół RIKEN w Japonii, kierowany przez Seigo Tarucha, również osiągnął dokładność 99,84% dla jednego kubitu i 99,51% dla dwóch kubitów w systemie dwuelektronowym przy użyciu kropek kwantowych Si/SiGe.
Zespoły z University of New South Wales i Delft poświadczyły wydajność swoich procesorów kwantowych przy użyciu zaawansowanej metody zwanej tomografią bramkową, opracowanej w Sandia National Laboratories w USA i otwartej dla społeczności badawczej.
Morello wcześniej wykazał, że może przechowywać informacje kwantowe w krzemie przez 35 sekund ze względu na ekstremalną izolację spinów jądrowych od otoczenia.
„W świecie kwantowym 35 sekund to wieczność”, mówi. „Dla porównania, w słynnych nadprzewodnikowych komputerach kwantowych Google i IBM jego żywotność wynosi około stu mikrosekund – prawie milion razy mniej”.
Jednak kompromis polegał na tym, że izolacja kubitów uniemożliwiała im interakcję ze sobą, co jest niezbędne do wykonywania prawdziwych obliczeń. W nowym artykule opisano, w jaki sposób zespół Morell przezwyciężył ten problem, używając elektronu otaczającego dwa jądra atomów fosforu.
„Jeśli masz dwa jądra połączone z tym samym elektronem, możesz sprawić, by wykonały operację kwantową” – mówi Mateusz Mondzik, jeden z głównych autorów eksperymentów. „Dopóki nie kontrolujesz elektronu, te jądra bezpiecznie przechowują informacje kwantowe. Ale teraz masz możliwość zmuszenia ich do komunikowania się za pośrednictwem elektronu, aby wdrożyć uniwersalne operacje kwantowe, które można dostosować do każdego problemu obliczeniowego”.
Dr Servan Asaad, inny główny autor eksperymentu, dodaje: „Spiny jądrowe są głównym procesorem kwantowym. Jeśli splątasz je z elektronem, można go przenieść w inne miejsce i dalej splątać z innymi jądrami kubitowymi, torując drogę do tworzenia dużych macierzy kubitów zdolnych do solidnych i użytecznych obliczeń”.
Profesor David Jamieson, kierownik badań na Uniwersytecie w Melbourne, mówi: „Atomy fosforu zostały wprowadzone do chipa krzemowego za pomocą implantacji jonów, tej samej metody, która jest stosowana we wszystkich istniejących krzemowych chipach komputerowych. Gwarantuje to, że nasz przełom kwantowy jest kompatybilny z szerszą branżą półprzewodników”.
Wszystkie istniejące komputery stosują jakąś formę korekcji błędów i nadmiarowości danych, ale prawa fizyki kwantowej nakładają poważne ograniczenia na działanie korekcji błędów w komputerze kwantowym. Profesor Morello wyjaśnia: „Zazwyczaj protokoły korekcji kwantowej wymagają wskaźnika błędów poniżej 1%. Gdy osiągniemy ten cel, możemy zacząć opracowywać krzemowe procesory kwantowe, które skalują się i działają niezawodnie na potrzeby użytecznego przetwarzania”.
Półprzewodnikowe kubity spinowe w krzemie mogą stać się preferowaną platformą dla wytrzymałych komputerów kwantowych. Są wystarczająco stabilne, aby przechowywać informacje kwantowe przez długi czas i można je skalować za pomocą technik znanych z istniejących zaawansowanych technologii produkcji półprzewodników.
bbabo.Net