Eksperimentelt demonstreret en toffoli-port i et halvleder tre-qubit system

Et nyt fremskridt i skalering af halvleder-kvante-dot-baserede qubits er opnået for forskere ved Kinas universitet for videnskab og teknologi. Professor GUO Guoping med sine kolleger, XIAO Ming, LI Haiou og CAO Gang, designet og fremstillet en kvanteprocessor med seks kvantepunkter, og demonstrerede eksperimentelt kvantekontrol af Toffoli -porten. Dette er den første erkendelse af Toffoli -porten i et halvleder -kvantepunktsystem, hvilket motiverer til yderligere forskning i storskala halvleder -kvanteprocessor. Rapporten, med titlen "Controlled Quantum Operations of a Semiconductor Three-Qubit System, "blev offentliggjort i Fysisk gennemgang anvendt .

Fremstillingen, manipulation og skalering af halvlederkvantumprikbaserede qubits er de vigtigste kerneteknologier til skalerbare halvlederkvantechips. Professor GUO Guopings gruppe har til formål at mestre disse teknologier og har været dedikeret til dette område i lang tid. Inden demonstrationen af ​​tre-qubit-porten, de indså ultrahurtig universel kontrol af ladningskvitter baseret på halvlederkvantumpunkter i 2013 og opnåede den kontrollerede rotation af to ladningskvitter i 2015.

Toffoli-porten er en tre-qubit operation, der ændrede tilstanden for en mål-qubit betinget af tilstanden af ​​to kontrolqubits. Det kan bruges til universel reversibel klassisk beregning, og danner også et universelt sæt qubit -porte i kvanteberegning sammen med en Hadamard -port. Desuden, det er et centralt element i kvantefejlkorrektionsordninger. Implementering af Toffoli-porten med kun enkelt- og to-qubit-operationer kræver seks kontrollerede-NOT-porte og 10 single-qubit-operationer.

Som resultat, en et-trins Toffoli-port kan reducere antallet af kvanteoperationer dramatisk, som kan bryde grænsen for sammenhængstid og forbedre effektiviteten af ​​quantum computing. Forskere fra Guos gruppe fandt den T-formede seks-kvante-prik arkitektur med åbninger mellem kontrol qubits og target qubit kan styrke koblingen mellem qubits med forskellig funktion og minimere den mellem qubits med samme funktion. Dette opfylder godt kravene i Toffoli -porten. Ved hjælp af denne arkitektur med optimerede højfrekvente pulser, forskerne demonstrerede Toffoli -porten i et halvleder -kvantepunktsystem for første gang, som lægger et solidt fundament for skalerbare halvlederkvanteprocessorer.