Silicon Quantum Computing uppnår 99 procents noggrannhet för första gången

Kvantdatorer gjorda av samma råmaterial som vanliga datorchips lovar uppenbart, men hittills har de kämpat med höga felfrekvenser. Det verkar inställt på change efter ny forskning visared kisel qubits är nu tillräckligt exakta för att köra en populär felkorrigerande kod.

Kvantdatorerna som samlar alla rubriker idag tenderar att göras med supraledande qubits, som de från Google och IBM, eller fångade joner, såsom de från IonQ och Honeywell. Men trots sina imponerande bedrifter tar de upp hela rum och måste mötas handgjorda av några av världens smartaste hjärnor.

Det är därför andra är angelägna om att piggyback på miniatyriserings- och tillverkningsgenombrotten vi har gjort med konventionella datorchip genom att bygga kvantprocessorer av kisel. Forskning har pågått inom detta område i flera år, och jagt'Det är föga överraskande vägen som Intel tar i kvantloppet. Men trots framsteg har kisel-qubits plågats av höga felfrekvenser som har begränsat deras användbarhet.

Kvanttillståndens känsliga natur innebär att fel är ett problem för alla dessa teknologier, och felkorrigeringsscheman kommer att krävas för att någon av dem ska nå betydande skala. Men dessa system fungerar bara om felfrekvensen kan hållas tillräckligt låg; i huvudsak måste du kunna korrigera fel snabbare än de visas.

Den mest lovande familjen av felkorrigeringsscheman idag är kända som "ytkoder" och de kräver operationer på, eller mellan, qubits för att fungera med en trohet över 99 procent. Det har länge undgått kisel-qubits, men i senaste numret av Natur tre separata grupper rapporterar att de bryter mot denna avgörande tröskel.

De två första artiklarna från forskare vid RIKEN i Japan och QuTech, ett samarbete mellan Delft University of Technology och den nederländska organisationen för tillämpad vetenskaplig forskning, använd kvantprickar för qubits. Dessa är små fällor gjorda av halvledare som rymmer en enda elektron. Information kan kodas in i qubits genom att manipulera elektronernas spinn, en grundläggande egenskap hos elementarpartiklar.

Nyckeln till båda gruppernas genombrotts var främst beroende på noggrann konstruktion av qubits och styrsystem. Men QuTech-gruppen använde också ett diagnostiskt verktyg utvecklat av forskare vid Sandia National Laboratories för att felsöka och finjustera deras system, medan RIKEN-teamet upptäckte attping operationshastigheten ökade troheten.

En tredje grupp från University of New South Wales tog ett lite annorlunda tillvägagångssätt, med hjälp av fosforatomer inbäddade i ett kiselgitter som deras qubits. Dessa atomer kan hålla sitt kvanttillstånd under extremt långa tider jämfört med de flesta andra qubits, men avvägningen är att det är svårt att få dem att interagera. Gruppens lösning var att snärja in två av dessa fosforatomer med en elektron, vilket gör att de kan prata med varandra.

Alla tre grupperna kunde uppnå trohet över 99 procent för både enstaka qubit- och två-qubit-operationer, som passerar felkorrigeringströskeln. De lyckades till och med utföra några grundläggande proof-of-principberäkningar med hjälp av sina system. Ändå är de fortfarande långt ifrån att göra en feltolerant kvantprocessor av kisel.

Att uppnå high-fidelity qubit-operationer är bara ett av kraven på effektiv felkorrigering. Den andra har ett stort antal extra qubits som kan dedikeras till denna uppgift, medan de återstående fokuserar på vilket problem processorn än har ställts in.

Som medföljande analys i Natur noterar, att lägga till fler qubits till dessa system kommer säkert att komplicera saker och ting, och att upprätthålla samma trohet i större system kommer att vara svårt. Att hitta vägens att koppla qubits över stora system kommer också att vara en utmaning.

Men löftet om att kunna bygga kompakta kvantdatorer med samma beprövadegata teknik eftersom befintliga datorer antyder att dessa är problem värda att försöka lösa.

Image Credit: UNSW/Tony Melov

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