Исследователи RIKEN и их коллеги нашли способ сохранять высокую точность операций при одновременном управлении несколькими кремниевыми кубитами. Эксперимент провели на пяти спиновых кубитах, подключённых к одной общей микроволновой линии. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics, о них сообщил сайт SciTechDaily.
Кубит может находиться в сочетании состояний 0 и 1, а в кремниевой системе информация записывается в спине электрона. Управление такими состояниями выполняется микроволновыми сигналами. Для создания полезного квантового компьютера необходимо выполнять множество операций параллельно, однако при одновременной работе точность контроля обычно снижается.
При индивидуальном тестировании каждого из пяти кубитов исследователи получили точность однокубитных операций выше 99,99%, а лучший показатель приблизился к 99,999%. После применения новой процедуры калибровки точность оставалась выше 99,99%, когда одновременно работали до трёх кубитов. При запуске всех пяти устройств показатель составил около 99,9%, что близко к практическим требованиям отказоустойчивых квантовых вычислений.
«Это показывает, что высокоточное управление можно сохранять даже при одновременной работе нескольких кубитов и что такой результат является важным шагом к масштабированию кремниевых квантовых процессоров», — заявил научный сотрудник RIKEN и соавтор эксперимента Леон Камензинд. Руководитель проекта по кремниевым квантовым вычислениям Seigo Tarucha отметил, что надёжный параллельный контроль необходим для создания отказоустойчивого квантового компьютера на основе спиновых кубитов.
Основной причиной потери точности учёные назвали сдвиг AC Stark, возникающий под воздействием микроволновых сигналов. Он меняет эффективные энергетические уровни кубита и смещает фазу его квантового состояния. Для устранения эффекта команда использовала калибровку попарных взаимодействий, благодаря чему не пришлось отдельно проверять каждую возможную комбинацию кубитов.
«Вместо отдельной процедуры калибровки для каждой возможной комбинации кубитов наш метод использует калибровки между парами кубитов, чтобы компенсировать нежелательные фазовые сдвиги», — пояснил первый автор исследования Yi-Hsien Wu. Оставшееся снижение точности связали с декогеренцией, вызванной увеличением мощности микроволн при параллельной работе. По словам Камензинда, дальнейшее совершенствование конструкции устройств может уменьшить этот источник ошибок.