Keskeinen askel kohti vikasietoista kvanttilaskentaa

Nature Nanotechnologyssa julkaistu tutkimus "Enhanced Majorana stabiliteetti kolmipaikkaisessa Kitaev-ketjussa" osoittaa Majoranan nollamoodien (MZM) merkittävästi parantuneen vakauden suunnitelluissa kvanttijärjestelmissä.

Tämä Oxfordin yliopiston, Delftin teknillisen yliopiston, Eindhovenin teknillisen yliopiston ja Quantum Machinesin tiimin tekemä tutkimus on suuri askel kohti vikasietoista kvanttilaskentaa.

Työssään tutkimusryhmä on toteuttanut kolmipaikkaisen Kitaev-ketjun, jossa käytetään puolijohtavia kvanttipisteitä yhdistettyinä suprajohtaviin segmentteihin hybridi-InSb/Al-nanolangassa.

Kun aiemman verrattiin kahden ja nykyisen kolmen kohdan ketjuja saman laitteen sisällä, havaittiin, että ketjun laajentaminen kolmeen kohtaan lisäsi nollaenergiatilojen vakautta.

Majoranan nollamoodit (MZM) ovat eksoottisia kvasihiukkasia, jotka ovat teoriassa immuuneja ympäristöhäiriöille, jotka aiheuttavat dekoherenssia tavanomaisissa kubiteissa. Tämä luontainen vakaus tekee niistä lupaavia ehdokkaita vankkojen kvanttitietokoneiden rakentamiseen.

Riittävän vakaiden MZM:ien saavuttaminen on kuitenkin ollut jatkuva haaste perinteisten materiaalien puutteista johtuen.

Tutkimusryhmä vastasi tähän haasteeseen rakentamalla kolmipaikkaisen Kitaev-ketjun, ponnahduslautana kohti topologisia suprajohtimia. He käyttivät kvanttipisteitä, jotka oli yhdistetty suprajohtavilla segmenteillä hybridissä puolijohde-suprajohde nanolangoissa, mikä mahdollistaa kvanttitilojen tarkan hallinnan.

Tämä kolmepaikkainen suunnitelma tarjoaa "makean paikan", jossa MZM:t ovat alueellisesti erillään, mikä vähentää niiden vuorovaikutusta ja parantaa niiden vakautta.

Tohtori Greg Mazur toteaa: "Löydöksemme ovat keskeinen edistysaskel, joka todistaa, että Kitaev-ketjujen skaalaus ei vain säilytä, vaan myös parantaa Majoranan vakautta.

"Odotan innolla tämän lähestymistavan edistämistä äskettäin perustetun Oxfordin tutkimusryhmäni kanssa. Tavoite on saavuttaa entistä skaalautuvampia kvanttipisteisiä alustoja."

Tiimi odottaa, että ketjujen pidentäminen lisää eksponentiaalisesti vakautta, koska päissä olevat MZM:t eristyvät yhä enemmän ympäristökohinasta. Tämä motivoi voimakkaasti tulevia suurempia kvanttipisteryhmiä, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä käytännön kvanttilaskennassa.

Tämä työ osoittaa kvanttipistepohjaisten Kitaev-ketjujen skaalautuvuuden ja niiden potentiaalin isännöidä vakaita Majoranan nollatiloja.

Aiheesta aiemmin:

Topologinen kvanttilaskenta askeleen lähemmäksi todellisuutta

Topologinen kvanttiprosessori tuo läpimurron tietojenkäsittelyyn

Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa