Wszyscy czekamy na komputery kwantowe jak na rewolucję, a do niej jeszcze daleka droga

Splątano trzy kubity spinowe. Ważny krok w informatyce kwantowej

Naukowcy twierdzą, że (znowu) osiągnęli przełom w informatyce kwantowej. We w pełni kontrolowanym układzie krzemowym osiągnięto stan splątania trzech kubitów spinowych.

Układy kwantowe przechowują informacje w kubitach i są wykonane z krzemu. Jest to pierwiastek powszechnie stosowany w urządzeniach elektronicznych i pozwala na długoterminowe przechowywanie informacji. Fizycy wciąż starają się zwiększyć liczbę tzw. kubitów spinowych. Wcześniejsze prace wykazały, że można rozwiązać ten problem poprzez sprzężenie w układzie krzemowym pojedynczego spinu elektronu z pojedynczym fotonem mikrofalowym.

Teraz zespół z multidyscyplinarnego japońskiego instytutu badawczego RIKEN zwiększył liczbę splątanych kubitów spinowych z dwóch do trzech. To może przyspieszyć rozwój spintroniki. Wyniki opisano w Nature Nanotechnology.

Trzy kubity zamiast dwóch

O komputerach kwantowych jest głośno od dawna. Eksperci przekonują, że mają one potencjał, aby zostawić w tle konwencjonalne komputery, przynajmniej w niektórych typach obliczeń. Podstawą ich działania są nie bity, a kubity.

Krzemowe kropki kwantowe, mimo iż mniej zaawansowane od kubitów, mają kilka przydatnych cech, m.in. długi czas koherencji, działanie w wysokich temperaturach czy duży potencjał skalowalności. Aby połączyć kilka krzemowych kubitów spinowych, konieczne jest splątanie więcej niż dwóch z nich, co do tej pory nie udawało się fizykom.

Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiające urządzenie zbudowane z trzech splątanych kubitów. Fioletowe i zielone struktury reprezentują aluminiowe bramki

Seigo Tarucha z RIKEN zainicjował i zmierzył układ trzech kubitów krzemowych z wysoką wiernością, czyli prawdopodobieństwem, że kubit jest w oczekiwanym stanie. Udało się połączyć trzy splątane kubity w jednym urządzeniu.

Działanie dwukubitowe jest wystarczająco dobre do wykonywania podstawowych obliczeń logicznych, ale system trzykubitowy jest minimalną jednostką do skalowania i implementacji korekcji błędów.

Seigo Tarucha

Zbudowane urządzenie składa się z potrójnej kropki kwantowej na heterostrukturze krzemowo-krzemowo-germanowej i jest sterowane za pomocą bramek aluminiowych. Każda kropka kwantowa może zawierać jeden elektron, którego stany spin górny i spin dolny kodują kubit.

To dopiero początek ambitnego kierunku badań prowadzących do stworzenia komputera kwantowego na dużą skalę.

Planujemy zademonstrować prymitywną korekcję błędów przy użyciu urządzenia z trzema kubitami oraz wyprodukować urządzenia z dziesięcioma lub więcej kubitami. Następnie planujemy opracować 50 do 100 kubitów i wdrożyć bardziej wyrafinowane protokoły korekcji błędów, torując drogę do komputera kwantowego na dużą skalę w ciągu dekady.

Seigo Tarucha

Więcej o kubitach spinowych przeczytacie tutaj.