Forskere demonstrerer fejlkorrektion i et silicium-qubit-system

Forskere fra RIKEN i Japan har opnået et stort skridt mod storskala kvanteberegning ved at demonstrere fejlkorrektion i et tre-qubit siliciumbaseret kvanteberegningssystem. Dette værk, udgivet i Nature , kunne bane vejen mod opnåelsen af ​​praktiske kvantecomputere.

Kvantecomputere er et varmt forskningsområde i dag, da de lover at gøre det muligt at løse visse vigtige problemer, der er vanskelige at løse ved hjælp af konventionelle computere. De bruger en helt anden arkitektur ved at bruge overlejringstilstande, der findes i kvantefysikken, snarere end de simple 1 eller 0 binære bits, der bruges i konventionelle computere. Men fordi de er designet på en helt anden måde, er de meget følsomme over for miljøstøj og andre problemer, såsom dekohærens, og kræver fejlkorrektion for at give dem mulighed for at foretage præcise beregninger.

En vigtig udfordring i dag er at vælge, hvilke systemer der bedst kan fungere som "qubits" - de grundlæggende enheder, der bruges til at lave kvanteberegninger. Forskellige kandidatsystemer har deres egne styrker og svagheder. Nogle af de populære systemer i dag inkluderer superledende kredsløb og ioner, som har den fordel, at en form for fejlkorrektion er blevet demonstreret, hvilket gør det muligt at tage dem i brug om end i lille skala. Siliciumbaseret kvanteteknologi, som først er begyndt at blive udviklet i løbet af det seneste årti, er kendt for at have en fordel ved, at den anvender en halvleder-nanostruktur svarende til det, der almindeligvis bruges til at integrere milliarder af transistorer i en lille chip, og derfor kunne drage fordel af den nuværende produktionsteknologi.

Et stort problem med den siliciumbaserede teknologi er dog, at der mangler teknologi til fejlforbindelse. Forskere har tidligere demonstreret kontrol over to qubits, men det er ikke nok til fejlkorrektion, som kræver et tre-qubit-system.

I den nuværende forskning, udført af forskere ved RIKEN Center for Emergent Matter Science og RIKEN Center for Quantum Computing, opnåede gruppen denne bedrift ved at demonstrere fuld kontrol over et tre-qubit-system (et af de største qubit-systemer i silicium), giver således en prototype for første gang af kvantefejlkorrektion i silicium. De opnåede dette ved at implementere en tre-qubit Toffoli-type kvanteport.

Ifølge Kenta Takeda, den første forfatter til papiret, "blev idéen om at implementere en kvantefejlkorrigerende kode i kvanteprikker foreslået for omkring et årti siden, så det er ikke et helt nyt koncept, men en række forbedringer i materialer, enhedsfabrikation og måleteknikker gjorde det muligt for os at få succes med denne bestræbelse. Vi er meget glade for at have opnået dette."

Ifølge Seigo Tarucha, lederen af ​​forskningsgruppen, vil deres "næste skridt være at opskalere systemet. Vi tror, ​​at opskalering er næste skridt. Til det ville det være rart at arbejde med halvlederindustrigrupper, der er i stand til at fremstille silicium -baserede kvanteenheder i stor skala." + Udforsk yderligere

En sammenfiltret tilstand på tre qubit er blevet realiseret i et fuldt kontrollerbart array af spin-qubits i silicium