Silicon Quantum Computing atinge 99% de precisão pela primeira vez

Os computadores quânticos feitos com as mesmas matérias-primas dos chips de computador padrão são obviamente promissores, mas até agora eles têm lutado com altas taxas de erro. Isso parece definido para change depois de nova pesquisa mostrared qubits de silício agora são precisos o suficiente para executar um código popular de correção de erros.

Os computadores quânticos que ganham todas as manchetes hoje tendem a ser feitos usando qubits supercondutores, como os do Google e IBM, ou íons aprisionados, como aqueles de IonQ e Honeywell. Mas, apesar dos seus feitos impressionantes, ocupam salas inteiras e têm de ser meticulosamente feitos à mão por algumas das mentes mais brilhantes do mundo.

É por isso que outros estão interessados ​​em aproveitar os avanços na miniaturização e na fabricação que fizemos com os convencionais. chips de computador construindo processadores quânticos de silício. Pesquisas vêm acontecendo nesta área há anos, e eut 'Sem surpresa, esse é o caminho que a Intel está seguindo na corrida quântica. Mas, apesar do progresso, os qubits de silício têm sido afetados por altas taxas de erro que limitaram a sua utilidade.

A natureza delicada dos estados quânticos significa que os erros são um problema para todas estas tecnologias, e serão necessários esquemas de correção de erros para que qualquer uma delas atinja uma escala significativa. Mas estes regimes só funcionarão se as taxas de erro puderem ser mantidas suficientemente baixas; essencialmente, você precisa ser capaz de corrigir os erros mais rápido do que eles aparecem.

A família mais promissora de esquemas de correção de erros atualmente é conhecida como “códigos de superfície” e exige que operações em ou entre qubits operem com uma fidelidade acima de 99. por cento. Isso há muito escapa aos qubits de silício, mas no última edição de Natureza três grupos distintos relatam ter ultrapassado este limiar crucial.

Os dois primeiros artigos de pesquisadores da RIKEN no Japão e QuTech, uma colaboração entre a Universidade de Tecnologia de Delft e a Organização Holandesa de Pesquisa Científica Aplicada, usa pontos quânticos para qubits. Estas são pequenas armadilhas feitas de semicondutores que abrigam um único elétron. As informações podem ser codificadas nos qubits manipulando o spin dos elétrons, uma propriedade fundamental das partículas elementares.

A chave para o avanço de ambos os gruposs foi principalmente devido à engenharia cuidadosa dos qubits e sistemas de controle. Mas o grupo QuTech também usou uma ferramenta de diagnóstico desenvolvido por pesquisadores do Sandia National Laboratories para depurar e ajustar seu sistema, enquanto a equipe RIKEN descobriu issosibilo a velocidade das operações aumentou a fidelidade.

Um terceiro grupo do Universidade de Nova Gales do Sul adotaram uma abordagem ligeiramente diferente, usando átomos de fósforo incorporados em uma rede de silício como seus qubits. Esses átomos podem manter seu estado quântico por tempos extremamente longos em comparação com a maioria dos outros qubits, mas a desvantagem é que é difícil fazê-los interagir. A solução do grupo foi emaranhar dois desses átomos de fósforo com um elétron, o que permite que eles se comuniquem.

Todos os três grupos conseguiram alcançar fidelidades acima de 99 por cento para operações de qubit único e de dois qubits, o que ultrapassa o limite de correção de erros. Eles até conseguiram realizar alguns cálculos básicos de prova de princípio usando seus sistemas. No entanto, eles ainda estão muito longe de criar um processador quântico de silício tolerante a falhas.

Alcançar operações qubit de alta fidelidade é apenas um dos requisitos para uma correção eficaz de erros. A outra é ter um grande número de qubits sobressalentes que podem ser dedicados a esta tarefa, enquanto os restantes se concentram em qualquer problema que o processador tenha definido.

Como acompanhamento análise em Natureza observa que adicionar mais qubits a esses sistemas certamente complicará as coisas, e será difícil manter as mesmas fidelidades em sistemas maiores. Encontrando caminhos conectar qubits em grandes sistemas também será um desafio.

No entanto, a promessa de ser capaz de construir computadores quânticos compactos usando os mesmos métodos testados e comprovadosrua tecnologia, pois os computadores existentes sugerem que esses são problemas que vale a pena tentar resolver.

Crédito de imagem: UNSW/Tony Melov

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