Genvej til succes:Mod hurtig og robust kvantekontrol gennem accelererende adiabatisk passage

I arbejde udgivet i Physical Review Letters forskere ved Osaka University's Institute of Scientific and Industrial Research (SANKEN) brugte "genvejene til adiabaticitet (STA)"-metoden til i høj grad at fremskynde den adiabatiske udvikling af spin-qubits. Spin flip-fideliteten efter pulsoptimering kan være så høj som 97,8 % i GaAs-kvanteprikker. Dette arbejde kan være anvendeligt til andre adiabatiske passage og kan være nyttigt til hurtig og high-fidelity kvantekontrol.

En kvantecomputer bruger superpositionen af ​​"0" og "1" tilstande til at udføre informationsbehandling, som er helt anderledes end klassisk databehandling, hvilket giver mulighed for at løse visse problemer i en meget hurtigere hastighed. High-fidelity kvantetilstandsdrift i store nok programmerbare qubit-rum er påkrævet for at opnå "kvantefordelen."

Den konventionelle metode til at ændre kvantetilstande bruger pulsstyring, som er følsom over for støj og kontrolfejl. I modsætning hertil kan adiabatisk evolution altid holde kvantesystemet i dets egentilstand. Den er robust over for støj, men kræver en vis tid.

Et hold fra SANKEN brugte STA-metoden til i høj grad at accelerere den adiabatiske udvikling af spin-qubits i gate-definerede kvanteprikker for første gang. Teorien, de brugte, blev foreslået af videnskabsmanden Xi Chen og andre. "Vi brugte den overgangsfrie kvantekørestil fra STA, hvilket gjorde det muligt for systemet altid at forblive i sin ideelle egentilstand, selv under hurtig udvikling," forklarer medforfatter Takafumi Fujita.

Ifølge måludviklingen af ​​spin-qubits tilføjer denne gruppes eksperiment endnu en effektiv drivkraft til at undertrykke diabatiske fejl, hvilket garanterer en hurtig og næsten ideel adiabatisk udvikling.

De dynamiske egenskaber blev også undersøgt og beviste effektiviteten af ​​denne metode. Derudover var den modificerede puls efter optimering i stand til yderligere at undertrykke støj og forbedre effektiviteten af ​​kvantetilstandskontrol.

Endelig opnåede denne gruppe spin flip-fidelity på op til 97,8 %. Ifølge deres vurdering ville accelerationen af ​​adiabatisk passage være meget bedre i Si- eller Ge-kvanteprikker med mindre nuklear spinstøj.

"Dette giver en hurtig og high-fidelity kvantekontrolmetode. Vores resultater kan også være nyttige til at accelerere anden adiabatisk passage i kvanteprikker," siger den tilsvarende forfatter Akira Oiwa.

Som en lovende kandidat til kvanteberegning har gate-definerede kvanteprikker lange kohærenstider og god kompatibilitet med den moderne halvlederindustri. Holdet forsøger at finde flere applikationer i gate-definerede kvanteprikkersystemer, såsom forfremmelse til flere spin-qubits. De håber at finde en enklere og mere gennemførlig løsning til fejltolerant kvanteinformationsbehandling ved hjælp af denne metode.

Flere oplysninger: Xiao-Fei Liu et al., Accelereret adiabatisk passage af en enkelt elektronspin Qubit i kvanteprikker, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.027002. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2312.13135

Leveret af Osaka University