Endnu et skridt fremad på universel kvantecomputer

Forskere har demonstreret holonomiske kvanteporte under nulmagnetisk felt ved stuetemperatur, som kunne muliggøre realisering af hurtige og fejltolerante universelle kvantecomputere.

En kvantecomputer er en teoretisk maskine med potentiale til at løse komplekse problemer meget hurtigere end konventionelle computere. Forskere arbejder i øjeblikket på det næste trin i kvanteberegning - at bygge en universel kvantecomputer.

Papiret, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , rapporterer eksperimentel demonstration af ikke-adiabatiske og ikke-abelske holonomiske kvanteporte over en geometrisk spin-qubit på en elektron- eller nitrogenkerne, hvilket baner vej for at realisere en universel kvantecomputer.

Den geometriske fase er i øjeblikket et centralt problem inden for kvantefysik. En holonomisk kvanteport, der rent manipulerer den geometriske fase i det degenererede jordtilstandssystem, menes at være en ideel måde at bygge en fejltolerant universel kvantecomputer på. Den geometriske faseport eller holonomiske kvanteport er blevet eksperimentelt demonstreret i flere kvantesystemer, herunder nitrogen-vacancy (NV) centre i diamant. Imidlertid, tidligere eksperimenter krævede mikrobølger eller lysbølger for at manipulere det ikke-degenererede underrum, hvilket fører til forringelse af gate -troskab på grund af uønsket interferens i den dynamiske fase.

"For at undgå uønsket interferens, vi brugte et degenereret underrum af triplet -spin qutrit til at danne en ideel logisk qubit, som vi kalder en geometrisk spin qubit, i et NV -center. Denne metode muliggjorde hurtige og præcise geometriske porte ved en temperatur under 10 K, og portens troskab blev begrænset af strålende afslapning, " siger den tilsvarende forfatter professor Hideo Kosaka fra Yokohama National University. "Baseret på denne metode, i kombination med polariserede mikrobølger, det lykkedes os at manipulere den geometriske fase i et NV-center i diamant under et nulmagnetisk felt ved stuetemperatur. "

Gruppen demonstrerede også en to-qubit holonomisk gate for at vise universalitet ved at manipulere elektron-kernesammenfiltring. Ordningen giver en ren holonomisk port uden at kræve et energigab, som ville have induceret dynamisk faseinterferens til at forringe portens troværdighed, og dermed muliggør hurtig, præcis kontrol over langtidslevende kvantehukommelse, et skridt i retning af at realisere kvanterepeatere, der interfacerer mellem universelle kvantecomputere og sikre kommunikationsnetværk.