Bilim adamları, kayıtlardaki en sessiz yarı iletken kuantum bitlerini oluşturuyor

UNSW Sydney’deki araştırmacılar, yarı iletken kuantum bit veya kübit için kaydedilen en düşük gürültü seviyesini gösterdiler. Araştırma yayınlandı Gelişmiş Malzemeler.

Kuantum bilgisayarların yararlı hesaplamalar yapması için, kuantum bilgisi yüzde 100’e yakın doğru olmalıdır. Şarj etmek gürültü, ses– kübitleri barındıran malzeme ortamındaki kusurlardan kaynaklanan – kübitlerde kodlanmış kuantum bilgisine müdahale ederek bilginin doğruluğunu etkiler.

Ph.D. baş yazar Ludwik Kranz, “Yarı iletken kübitlerdeki şarj gürültüsü seviyesi, büyük ölçekli hata düzeltmeli kuantum bilgisayarlarda ihtiyaç duyduğumuz doğruluk seviyelerine ulaşmanın önünde kritik bir engel olmuştur” diyor. UNSW’nin Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Merkezi’nde (CQC) öğrenci²T) Merkezin yan şirketi Silicon Quantum Computing (SQC) ile çalışmak.

Kranz, “Araştırmamız, şarj gürültüsünü önemli ölçüde düşük bir düzeye indirebileceğimizi ve bunun kübitlerimiz üzerindeki etkisini en aza indirebileceğimizi gösterdi” diyor.

“Üretim sürecini optimize ederek silikon çip, bir gürültü seviyesi Önceden kaydedilenden 10 kat daha düşük. Bu, herhangi bir yarı iletkenin kaydedilen en düşük şarj gürültüsüdür kübit. “

Sessiz kübitler yaratmak

Silikondaki atom kübitlerinde barındırılan elektronlardan yapılan kübit’ler – Prof. Simmons’un 2000’den beri savunduğu yaklaşım – büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar için umut verici bir platformdur.

Bununla birlikte, silikon gibi herhangi bir yarı iletken platformda barındırılan kübitler, gürültüye karşı hassastır.

Ekibin araştırması, silikon yonganın içinde veya yüzeyin arayüzünde kusurların varlığının, şarj gürültüsüne önemli katkıda bulunduğunu ortaya koydu.

Kranz, “Silikon çipimizin kalitesini optimize etmek için çok zaman harcadığımız için bu bir sürpriz oldu, ancak bu, yakınlardaki birkaç kirliliğin bile gürültüyü etkileyebileceğini gösterdi” diyor.

Ekip, silikon çipteki safsızlıkları azaltarak ve atomları yüzeyden ve gürültünün çoğunun kaynaklandığı arayüzlerden uzağa yerleştirerek rekor kıran bir sonuç elde etti.

Prof. Michelle Simmons, “Sonuçlarımız, silikonun kübitleri barındırmak için harika bir malzeme olduğunu göstermeye devam ediyor. Kübit ortamının her yönünü tasarlama yeteneğimizle, silikondaki atom kübitlerinin yeniden üretilebilir, hızlı ve kararlı olduğunu sistematik olarak kanıtlıyoruz” diyor Prof. , Direktör CQC²T.

“Bir sonraki zorluğumuz, bu sistemde halihazırda gösterilen uzun tutarlılık sürelerinden yararlanmak için izotopik olarak saf kristalin Si-28’e geçmektir.”

Zamanlama herşeydir

Ekip, yeni üretilmiş silikon çipi kullanarak, beklenmedik sonuçlarla şarj gürültüsünü karakterize etmek için bir dizi deney gerçekleştirdi.

CQC, “Yük gürültüsünü hem tek bir elektron transistörü hem de geniş bir frekans aralığında toplu olarak tutarlı bir yük gürültüsü spektrumu sağlayan değişimle eşleşmiş bir kübit çifti kullanarak ölçtük,” diyor.²Ortak yazar Dr. Sam Gorman.

Ölçümler, şarj gürültüsü olan zamanı etkileyen önemli bir faktörü ortaya çıkardı.

Dr. Gorman, “Ölçtüğümüz gürültü spektrumundan, hesaplama ne kadar uzun olursa, sistemimizi o kadar fazla gürültünün etkilediğini biliyoruz,” diyor.

“Bu, gelecekteki cihazların tasarımı için önemli etkilere sahip, kuantum işlemlerinin son derece kısa zaman dilimlerinde tamamlanması gerekiyor, böylece yük gürültüsü zamanla daha da kötüleşmiyor ve hesaplamaya hatalar ekliyor.”

Piyasada bulunan silikon kuantum bilgisayara doğru sistematik olarak çalışmak

Büyük ölçekli hatasız hesaplamalar yapmak için kuantum hesaplamaherhangi bir kuantum bilgisayarın temel yapı taşı olan iki kübitlik bir kapı,% 99’un üzerinde bir aslına veya doğruluğa ihtiyaç duyar. Bu aslına uygunluk eşiğine ulaşmak için kuantum işlemlerinin kararlı ve hızlı olması gerekir.

Yakın zamanda yayınlanan bir makalede – Fiziksel İnceleme X – Simmons grubu atomik hassasiyet yeteneklerini kullanarak kübitleri 1 mikrosaniyede okuma yeteneğini gösterdi.

SQC’nin de kurucusu olan Prof. Simmons, “En düşük yük gürültüsü sonuçlarımızla birleştirilen bu araştırma, silikondaki atom kübitlerinde% 99,99 aslına uygunluk elde etmenin mümkün olduğunu gösteriyor” diyor.

“Ekibimiz şimdi tüm bu önemli sonuçları tek bir cihazda – hızlı, kararlı, yüksek sadakat ve uzun tutarlılık süreleri ile – sunmak için çalışıyor, silikonda tam ölçekli bir kuantum işlemciye büyük bir adım daha yaklaştırıyor.”

Profesör Simmons, silikonda ilk kullanışlı, ticari kuantum bilgisayarı oluşturmak için SQC ile birlikte çalışıyor. CQC ile aynı yerde bulunur²UNSW Sydney kampüsünde SQC’nin hedefi, 2023 yılına kadar 10 kübitlik prototip kuantum entegre işlemciyi güvenilir bir şekilde üretmek için gereken kapasiteyi göstermektir.

“Ekibimizin sonuçları, fosfor atomlarını silikonda hassas bir şekilde konumlandırmaya yönelik benzersiz yaklaşımımızın, silikon kuantum bilgisayarların ticarileştirilmesi için gerekli olan, hata düzeltmeli, büyük ölçekli mimariyi inşa etmek için son derece umut verici bir olasılık olduğunu daha da doğruluyor,” diyor Prof.

Center for Quantum Computation & Communication Technology tarafından sağlanmıştır