Исследователи из QuTech — совместной работы Делфтского технологического университета и TNO — разработали рекордное количество из шести спиновых кубитов на основе кремния в полностью совместимом массиве. Важно отметить, что кубиты могут работать с низким уровнем ошибок, что достигается за счет новой конструкции микросхемы, автоматической процедуры калибровки и новых методов инициализации и считывания кубитов. Эти достижения будут способствовать созданию масштабируемого квантового компьютера на основе кремния. Результаты опубликованы сегодня в Nature.

Для производства кубитов, квантового аналога бита классического компьютера, могут использоваться разные материалы, но никто не знает, какой материал окажется лучшим для создания крупномасштабного квантового компьютера. На сегодняшний день были лишь небольшие демонстрации кремниевых квантовых чипов с высококачественными операциями с кубитами. Теперь исследователи из QuTech под руководством профессора Ливена Вандерсипена создали кремниевый чип с шестью кубитами, который работает с низким уровнем ошибок. Это важный шаг к отказоустойчивому квантовому компьютеру на основе кремния.

Чтобы сделать кубиты, отдельные электроны помещаются в линейный массив из шести « квантовых точек », отстоящих друг от друга на 90 нанометров. Массив квантовых точек выполнен в кремниевом чипе со структурой, очень похожей на транзистор — общий компонент каждого компьютерного чипа. Квантово-механическое свойство, называемое спином, используется для определения кубита, ориентация которого определяет логическое состояние 0 или 1. Команда использовала точно настроенное микроволновое излучение, магнитные поля и электрические потенциалы, чтобы контролировать и измерять спин отдельных электронов и заставлять их взаимодействовать друг с другом.

«Сегодня задача квантовых вычислений состоит из двух частей, — объяснил первый автор Стефан Филипс. «Разработка кубитов достаточно хорошего качества и разработка архитектуры, позволяющей создавать большие системы кубитов. Наша работа вписывается в обе категории. И поскольку общая цель создания квантового компьютера требует огромных усилий, я думаю, что это справедливо сказать, что мы внесли свой вклад в правильном направлении».

Спин электрона — тонкое свойство. Малейшие изменения в электромагнитной среде вызывают колебания направления вращения, что увеличивает частоту ошибок. Команда QuTech опиралась на свой предыдущий опыт разработки квантовых точек с новыми методами подготовки, контроля и считывания спиновых состояний электронов. Используя это новое расположение кубитов, они могли создавать логические вентили и запутывать системы из двух или трех электронов по требованию.

Квантовые массивы с более чем 50 кубитами были созданы с использованием сверхпроводящих кубитов. Однако глобальная доступность кремниевой инженерной инфраструктуры дает кремниевым квантовым устройствам возможность более легкого перехода от исследований к промышленности. Кремний создает определенные инженерные проблемы, и до этой работы команды QuTech в кремнии можно было создавать только массивы до трех кубитов без ущерба для качества.

«Эта статья показывает, что при тщательном проектировании можно увеличить количество кремниевых спиновых кубитов, сохраняя при этом ту же точность, что и для одиночных кубитов. Ключевой строительный блок, разработанный в этом исследовании, может быть использован для добавления еще большего количества кубитов в следующих итерациях. исследование», — сказал соавтор доктор Матеуш Мадзик.

«В этом исследовании мы расширяем границы количества кубитов в кремнии и добиваемся высокой точности инициализации, высокой точности считывания, высокой точности вентиля с одним кубитом и высокой точности состояния двух кубитов», — сказал профессор Вандерсипен. «Что действительно выделяется, так это то, что мы демонстрируем все эти характеристики вместе в одном эксперименте на рекордном количестве кубитов».