Spin-kubitin hallintaa

Kööpenhaminan yliopiston kvanttifyysikot ovat ylittäneet keskeisen esteen tiellä kohti tulevaisuuden supertietokonetta ajamalla samanaikaisesti useita spin-kubitteja samalla kvanttisirulla.

Yksi teknisistä ongelmista suuren toimivan kvanttitietokoneen toteuttamista on useiden kubittien hallinta samanaikaisesti. Yksittäistä kubittia hallittaessa ohjauspulssit vaikuttavat häiritsevästi toisiin kubitteihin.

Suurempi kuva

Nyt Kööpenhaminan fyysikot Federico Fedele ja Anasua Chatterjee, työskennellen professori Ferdinand Kuemmethin ryhmässä ovat onnistuneet voittamaan tämän esteen. Spin-kubittien etuna on se, että ne säilyttävät kvanttitilat pitkään. Ja ne ovat niin pieniä, että niitä voidaan sijoittaa sirulle paljon enemmän kuin muilla kubittien toteutustavoilla.

"Nyt kun meillä on melko hyviä kubitteja, pelin nimi on yhdistää ne piireihin, jotka voivat käyttää lukuisia kubitteja, mutta ovat myös riittävän monimutkaisia jotta voivat mahdollistaa myös kvanttilaskennan virhekorjauksen. Tähän mennessä spin-kubittien tutkimus on päässyt pisteeseen, jossa piirit sisältävät 2x2 tai 3x3 kubitin ryhmiä. Ongelmana on, että niiden kubitteja käsitellään vain yksi kerrallaan," Anasua Chatterjee selittää.

Fyysikoiden uusi puolijohteinen 2x2-ryhmän yhden sirun kvanttipiiri tekee eron: "Uusi ja todella merkittävä asia sirussamme on se, että voimme samanaikaisesti käyttää ja mitata kaikkia kubitteja. Tätä ei ole koskaan aiemmin osoitettu spin-kubiteilla – eikä monilla muillakaan kubiteilla", sanoo Chatterjee. Kvanttilaskennan suorittamisen kannalta olennaista on kyky toimia ja mitata samanaikaisesti. Jos kubitit mitataan yksitellen, pieninkin ympäristön kohina voi muuttaa järjestelmän kvantti-informaatiota.

Uuden piirin toteutuminen on virstanpylväs pitkällä tiellä puolijohteilla toimivaan kvanttitietokoneeseen. "Tehokkaampien kvanttiprosessoreiden saamiseksi on lisättävä kubittien määrän lisäksi myös samanaikaisten operaatioiden määrää, mikä on juuri sitä mitä me teimme", toteaa tutkimusta johtanut professori Kuemmeth.

Tällä hetkellä yksi suurimmista haasteista on se, että sirun 48 ohjauselektrodia on viritettävä manuaalisesti, ja niitä on pidettävä jatkuvasti viritettynä, mikä on ihmiselle työläs tehtävä. Siksi hänen tutkimusryhmänsä tutkii nyt, kuinka optimointialgoritmeja ja koneoppimista voitaisiin käyttää säätelyn automatisointiin.

Berliiniläisen Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronikin ja Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfin (HZDR) sekä Pietarin Ioffe -instituutin tutkijat ovat kehittäneet äänen avulla tapahtuvan selektiivisen elektronin spinin perus- ja viritystilan manipuloinnin.

Puolijohteisen piikarbidin värikeskusta ohjataan äänellä. Kvantti-informaatio tallennetaan värikeskukseen loukkuun jääneen elektronien spinin määriteltynä suuntana. Pinta-akustisen aallon vaikutuksesta spin muuttaa suuntaansa ja siten värikeskukseen tallennettua kvantti-informaatiota.

Aiheesta aiemmin:

Spin-kubitin vakaa luenta

Integroidun kvanttipiirin toiminta mahdollista

Edullisempi kvanttitietokoneen toteutus