Silicon Quantum Computing opnår 99 procent nøjagtighed for første gang

Kvantecomputere lavet af de samme råmaterialer som standard computerchips holder åbenlyst løfte, men indtil videre har de kæmpet med høje fejlprocenter. Det ser ud til at change efter ny forskning visered silicium qubits er nu nøjagtige nok til at køre en populær fejlkorrigerende kode.

De kvantecomputere, der samler alle overskrifter i dag, har en tendens til at blive lavet ved hjælp af superledende qubits, såsom dem fra Google og IBMeller fangede ioner, såsom dem fra IonQ og Honeywell. Men på trods af deres imponerende bedrifter fylder de hele værelser og skal omhyggeligt håndlaves af nogle af verdens dygtigste hjerner.

Det er grunden til, at andre er ivrige efter at piggyback på de miniaturiserings- og fremstillingsgennembrud, vi har lavet med konventionelle computerchips ved at bygge kvanteprocessorer ud af silicium. Forskning har foregået på dette område i årevis, og bl.at'Det er ikke overraskende den rute, som Intel tager i kvanteløbet. Men på trods af fremskridt har silicium-qubits været plaget af høje fejlrater, der har begrænset deres anvendelighed.

Kvantetilstandens sarte natur betyder, at fejl er et problem for alle disse teknologier, og fejlkorrektionsskemaer vil være nødvendige for at nogen af ​​dem kan nå betydelig skala. Men disse ordninger vil kun fungere, hvis fejlraterne kan holdes tilstrækkeligt lave; i bund og grund skal du være i stand til at rette fejl hurtigere, end de ser ud.

Den mest lovende familie af fejlkorrektionsskemaer i dag er kendt som "overfladekoder", og de kræver operationer på eller mellem qubits for at fungere med en nøjagtighed over 99 procent. Det har længe unddraget sig silicium-qubits, men i seneste nummer af Natur tre separate grupper rapporterer at bryde denne afgørende tærskel.

De to første artikler fra forskere ved Riken i Japan og QuTech, et samarbejde mellem Delft University of Technology og den hollandske organisation for anvendt videnskabelig forskning, bruge kvanteprikker til qubits. Disse er små fælder lavet af halvledere, der huser en enkelt elektron. Information kan kodes ind i qubits ved at manipulere elektronernes spin, en grundlæggende egenskab ved elementarpartikler.

Nøglen til begge gruppers gennembruds var primært ned til omhyggelig konstruktion af qubits og kontrolsystemer. Men QuTech-gruppen brugte også et diagnostisk værktøj udviklet af forskere ved Sandia National Laboratories til at fejlfinde og finjustere deres system, mens RIKEN-teamet opdagede, atping hastigheden af ​​operationer øgede troskaben.

En tredje gruppe fra University of New South Wales tog en lidt anden tilgang ved at bruge fosforatomer indlejret i et siliciumgitter som deres qubits. Disse atomer kan holde deres kvantetilstand i ekstremt lang tid sammenlignet med de fleste andre qubits, men afvejningen er, at det er svært at få dem til at interagere. Gruppens løsning var at vikle to af disse fosforatomer sammen med en elektron, som sætter dem i stand til at tale sammen.

Alle tre grupper var i stand til at opnå troskaber over 99 procent for både enkelt-qubit- og to-qubit-operationer, som krydser fejlkorrektionstærsklen. De formåede endda at udføre nogle grundlæggende proof-of-princip-beregninger ved hjælp af deres systemer. Ikke desto mindre er de stadig langt fra at lave en fejltolerant kvanteprocessor af silicium.

At opnå high-fidelity qubit-operationer er kun en af kravene til effektiv fejlretning. Den anden har et stort antal ekstra qubits, der kan dedikeres til denne opgave, mens de resterende fokuserer på hvilket problem processoren er blevet indstillet.

Som ledsager analyse i Natur bemærker, at tilføjelse af flere qubits til disse systemer vil helt sikkert komplicere tingene, og det vil være svært at opretholde den samme troskab i større systemer. At finde vejs at forbinde qubits på tværs af store systemer vil også være en udfordring.

Men løftet om at være i stand til at bygge kompakte kvantecomputere ved hjælp af den samme prøvede-og-tgade teknologi, da eksisterende computere antyder, at disse er problemer, der er værd at prøve at løse.

Billede Credit: UNSW/Tony Melov

Kilde: https://singularityhub.com/2022/01/21/silicon-quantum-computing-achieves-99-percent-accuracy-for-the-first-time/