Silicon Quantum Computing erreicht erstmals eine Genauigkeit von 99 Prozent

Quantencomputer, die aus den gleichen Rohstoffen wie Standard-Computerchips hergestellt werden, sind offensichtlich vielversprechend, hatten jedoch bisher mit hohen Fehlerraten zu kämpfen. Das scheint auf Chan eingestellt zu seinge nach neuen Forschungsergebnissened Silizium-Qubits sind jetzt genau genug, um einen beliebten Fehlerkorrekturcode auszuführen.

Die Quantencomputer, die heute für Schlagzeilen sorgen, basieren in der Regel auf supraleitenden Qubits, etwa denen von Google und IBM, oder gefangene Ionen, wie die von IonQ und Honeywell. Doch trotz ihrer beeindruckenden Leistungen nehmen sie ganze Räume ein und müssen von einigen der klügsten Köpfe der Welt in mühevoller Handarbeit hergestellt werden.

Aus diesem Grund sind andere daran interessiert, die Miniaturisierungs- und Fertigungsdurchbrüche zu nutzen, die wir mit konventionellen Verfahren erzielt haben Computer-Chips durch den Bau von Quantenprozessoren aus Silizium. Auf diesem Gebiet wird seit Jahren geforscht und icht 'Es überrascht nicht, welchen Weg Intel im Quantenwettlauf einschlägt. Doch trotz der Fortschritte sind Silizium-Qubits mit hohen Fehlerraten behaftet, die ihren Nutzen einschränken.

Die heikle Natur von Quantenzuständen bedeutet, dass Fehler für alle diese Technologien ein Problem darstellen und dass für jede dieser Technologien Fehlerkorrekturverfahren erforderlich sind, um ein nennenswertes Ausmaß zu erreichen. Diese Systeme funktionieren jedoch nur, wenn die Fehlerquoten ausreichend niedrig gehalten werden können; Im Wesentlichen müssen Sie in der Lage sein, Fehler schneller zu korrigieren, als sie auftreten.

Die heute vielversprechendste Familie von Fehlerkorrekturverfahren sind als „Oberflächencodes“ bekannt und erfordern Operationen an oder zwischen Qubits, um mit einer Genauigkeit von über 99 zu funktionieren Prozent. Das ist Silizium-Qubits lange entgangen, aber in der neueste Ausgabe des Natur Drei verschiedene Gruppen berichten, dass diese entscheidende Schwelle überschritten wurde.

Die ersten beiden Arbeiten von Forschern bei RIKEN in Japan und QuTech, Eine Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Delft und der niederländischen Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung verwendet Quantenpunkte für Qubits. Dabei handelt es sich um winzige Fallen aus Halbleitern, die ein einzelnes Elektron aufnehmen. Durch Manipulation des Elektronenspins, einer grundlegenden Eigenschaft von Elementarteilchen, können Informationen in die Qubits kodiert werden.

Der Schlüssel zum Durchbruch beider Gruppens Dies war in erster Linie auf die sorgfältige Konstruktion der Qubits und Kontrollsysteme zurückzuführen. Aber auch die QuTech-Gruppe nutzte ein Diagnosetool entwickelt von Forschern der Sandia National Laboratories, um ihr System zu debuggen und zu verfeinern, während das RIKEN-Team das herausgefunden hatKlingeln Die Geschwindigkeit der Operationen steigerte die Treue.

Eine dritte Gruppe aus der Universität von New South Wales verfolgten einen etwas anderen Ansatz und verwendeten als Qubits Phosphoratome, die in ein Siliziumgitter eingebettet waren. Diese Atome können ihren Quantenzustand im Vergleich zu den meisten anderen Qubits extrem lange halten, allerdings ist es schwierig, sie zur Interaktion zu bringen. Die Lösung der Gruppe bestand darin, zwei dieser Phosphoratome mit einem Elektron zu verschränken, wodurch sie miteinander kommunizieren können.

Alle drei Gruppen konnten Genauigkeiten über 99 erreichen Prozent sowohl für Einzel-Qubit- als auch für Zwei-Qubit-Operationen, wodurch die Fehlerkorrekturschwelle überschritten wird. Es gelang ihnen sogar, mit ihren Systemen einige grundlegende Proof-of-Principle-Berechnungen durchzuführen. Dennoch sind sie noch weit davon entfernt, aus Silizium einen fehlertoleranten Quantenprozessor zu machen.

Das Erreichen von Qubit-Operationen mit hoher Wiedergabetreue ist nur möglich dank One der Anforderungen an eine wirksame Fehlerkorrektur. Der andere Grund besteht darin, über eine große Anzahl freier Qubits zu verfügen, die dieser Aufgabe gewidmet werden können, während sich die übrigen auf das Problem konzentrieren, das dem Prozessor zugewiesen wurde.

Als Beilage Analyse in Natur Anmerkungen: Das Hinzufügen weiterer Qubits zu diesen Systemen wird die Dinge mit Sicherheit komplizieren und es wird schwierig sein, die gleiche Genauigkeit in größeren Systemen aufrechtzuerhalten. Weg findens Auch die Verbindung von Qubits über große Systeme hinweg wird eine Herausforderung sein.

Allerdings besteht das Versprechen, mit dem gleichen Bewährten kompakte Quantencomputer bauen zu könnenbereuen Wie die vorhandenen Computer vermuten lassen, handelt es sich hierbei um Probleme, deren Lösung sich lohnt.

Bild-Kredit: UNSW/Tony Melov

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