Silicon Quantum Computing oppnår 99 prosent nøyaktighet for første gang

Kvantedatamaskiner laget av de samme råvarene som standard databrikker har åpenbare løfter, men så langt har de slitt med høye feilrater. Det ser ut til å bli change etter ny forskning visered silisium qubits er nå nøyaktige nok til å kjøre en populær feilrettingskode.

Kvantedatamaskinene som samler alle overskriftene i dag har en tendens til å være laget ved hjelp av superledende qubits, som de fra Google og IBM, eller fangede ioner, slik som de fra IonQ og Honeywell. Men til tross for deres imponerende bragder, tar de opp hele rom og må være møysommelig håndlaget av noen av verdens flinkeste hoder.

Det er derfor andre er opptatt av å piggyback på miniatyriserings- og fabrikasjonsgjennombruddene vi har gjort med konvensjonelle datamaskinbrikker ved å bygge kvanteprosessorer av silisium. Det har pågått forskning på dette området i årevis, og jegt'Det er ikke overraskende ruten som Intel tar i kvanteløpet. Men til tross for fremgang, har silisium-qubits vært plaget av høye feilrater som har begrenset deres nytte.

Den delikate naturen til kvantetilstander betyr at feil er et problem for alle disse teknologiene, og feilrettingsskjemaer vil være nødvendige for at noen av dem skal nå betydelig skala. Men disse ordningene vil bare fungere hvis feilratene kan holdes tilstrekkelig lave; i hovedsak må du være i stand til å rette feil raskere enn de vises.

Den mest lovende familien av feilrettingsskjemaer i dag er kjent som "overflatekoder" og de krever operasjoner på, eller mellom, qubits for å operere med en fidelity over 99 prosent. Det har lenge unngått silisium-qubits, men i siste utgave av Natur tre separate grupper rapporterer å bryte denne avgjørende terskelen.

De to første artikler fra forskere ved RIKEN i Japan og QuTech, et samarbeid mellom Delft University of Technology og den nederlandske organisasjonen for anvendt vitenskapelig forskning, bruk kvanteprikker for qubits. Dette er små feller laget av halvledere som rommer et enkelt elektron. Informasjon kan kodes inn i qubits ved å manipulere elektronenes spinn, en grunnleggende egenskap til elementærpartikler.

Nøkkelen til begge gruppenes gjennombrudds var først og fremst nede på nøye utvikling av qubits og kontrollsystemer. Men QuTech-gruppen brukte også et diagnoseverktøy utviklet av forskere ved Sandia National Laboratories for å feilsøke og finjustere systemet deres, mens RIKEN-teamet oppdaget atping hastigheten på operasjonene økte trofastheten.

En tredje gruppe fra University of New South Wales tok en litt annen tilnærming, ved å bruke fosforatomer innebygd i et silisiumgitter som deres qubits. Disse atomene kan holde sin kvantetilstand i ekstremt lange tider sammenlignet med de fleste andre qubits, men avveiningen er at det er vanskelig å få dem til å samhandle. Gruppens løsning var å vikle to av disse fosforatomene sammen med et elektron, som gjør dem i stand til å snakke med hverandre.

Alle tre gruppene var i stand til å oppnå troskap over 99 prosent for både enkelt-qubit- og to-qubit-operasjoner, som krysser feilkorrigeringsterskelen. De klarte til og med å utføre noen grunnleggende prinsippberegninger ved å bruke systemene deres. Likevel er de fortsatt et stykke unna å lage en feiltolerant kvanteprosessor av silisium.

Å oppnå high-fidelity qubit-operasjoner er bare en av kravene til effektiv feilretting. Den andre har et stort antall ekstra qubits som kan dedikeres til denne oppgaven, mens de resterende fokuserer på hvilket problem prosessoren er satt.

Som ledsager analyse i Natur bemerker, å legge til flere qubits til disse systemene vil garantert komplisere ting, og det vil være vanskelig å opprettholde den samme troskapen i større systemer. Finne veis å koble qubits på tvers av store systemer vil også være en utfordring.

Men løftet om å kunne bygge kompakte kvantedatamaskiner ved å bruke den samme prøvde-og-tgate teknologi som eksisterende datamaskiner antyder at dette er problemer verdt å prøve å løse.

Bilde Credit: UNSW/Tony Melov

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