Spin-to-charge-konvertering opnår 95 % samlet qubit-udlæsningsnøjagtighed

Et hold ledet af professor Du Jiangfeng og professor Wang Ya fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance fra University of Science and Technology of China fremlagde en innovativ spin-to-charge konverteringsmetode for at opnå høj- troskabsudlæsning af qubits, gå tættere på fejltolerante kvanteberegninger.

Kvanteoverherredømme over klassiske computere er blevet fuldt udvist i nogle specifikke problemer, alligevel den næste milepæl, fejltolerant kvanteberegning, kræver stadig, at den akkumulerede logiske portfejl og spin-udlæsningsfideliteten overskrider den fejltolerante tærskel. Dus team har løst det første krav i nitrogen-vacancy (NV) center-systemet [ Nat. Commun . 6, 8748 (2015)] tidligere, og dette arbejde var rettet mod high-fidelity udlæsning af qubits.

Qubit tilstand, såsom spin tilstand, er skrøbelig:En almindelig udlæsningsmetode kan forårsage vendingen mellem 0 og 1-tilstandene for selv nogle få fotoner, hvilket resulterer i en læsefejl. Udlæsningsnøjagtigheden af ​​traditionel resonansfluorescensmetode er strengt begrænset af sådanne egenskaber. Da spin -tilstanden er vanskelig at måle, forskere slog et spor for at erstatte det med en letlæselig og målbar egenskab:ladningstilstanden.

De sammenlignede først den optiske udlæsnings levetid for ladetilstanden og spintilstanden, at finde, at ladningstilstanden er mere stabil end spin-tilstanden med fem størrelsesordener. Eksperimentresultater viste, at den gennemsnitlige ikke-nedrivningsladningsaflæsning nåede 99,96 %.

Derefter adopterede holdet nær-infrarødt (NIR) lys (1064 nm) for at inducere ioniseringen af ​​den exciterede spin-tilstand, at transformere spin-tilstanden 0 og 1 til henholdsvis "elektrisk neutral" og "negativt ladet" ladningstilstand. Denne proces konverterede spin-udlæsningen til ladningsudlæsningen.

Resultaterne indikerede, at fejlen ved traditionel resonansfluorescensmetode nåede 20,1%, mens fejlen ved denne nye metode kan undertrykkes til 4,6%. Artiklen blev publiceret i Naturkommunikation .

Denne nye metode er kompatibel med traditionelle metoder, tilvejebringelse af en spin-udlæsningsfidelitet, der overstiger den fejltolerante tærskelværdi i rigtige applikationer. Takket være den mindre skade af NIR-lys på biologiske væv og andre prøver, denne metode vil også effektivt forbedre detektionseffektiviteten af ​​kvantesensorer.