Liikkuvia kubitteja yhdistellen

Skaalautuvat puolijohteiset kvanttiprosessorit tarvitsevat muutakin kuin hyviä kubitteja. Ne tarvitsevat myös käytännöllisen tavan yhdistää niitä.

QuTechin tutkijat osoittavat, että elektronin spinkubitteja on mahdollista lomittaa toisiinsa niiden liikkuessa. Sitten he käyttivät tätä ominaisuutta kvanttitilan teleportoimiseen lyhyen matkaa sirun poikki.

Spin-kubitti on yksittäisen elektronin spinin kvanttitila ja sirulla elektroni on loukussa "kvanttipisteessä",. Ohjailemalla signaaleja porttielektrodien riviin tutkijat luovat liikkuvan potentiaaliminimin, joka muistuttaa liukuhihnaa ja siirtää kubitin paikasta toiseen. Tämä sukkulointi on tärkeää skaalautuville arkkitehtuureille, koska se mahdollistaa kubittien yhdistämisen erilliseen kahden kubitin toiminta-alueeseen ja erottamisen sitten uudelleen.

Elektronien siirtämisen lisäksi sirun yli kulkeva liike voi ohjata itse kvanttioperaatioita, mikä avaa uusia tapoja skaalata spiniin perustuvia kubittiprosessoreita.

”Neutraaleihin atomeihin ja loukkuun jääneisiin ioneihin perustuvilla kubiteilla on jo liikkuva toiminnallisuus, ja nyt voimme lisätä spin-kubitit tähän listaan”, sanoo Maxim De Smet, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja QuTechissä, joka on osa TU Delftiä.

Tällaisen yhteyden suhteellinen joustavuus tarkoittaa, että voisimme helpottaa skaalausta vähentämällä tarvittavan parikohtaisen kytkennän ohjausta koko matriisissa. Tulevaisuuden kuljetinlinjat voisivat käyttää jaettua ohjausta, mikä mahdollistaisi kubittien dynaamisen uudelleenkonfiguroinnin ja yhteenliittämisen.

Viritettävät parametrit ovat tärkeitä, koska tutkimusartikkelin keskeinen operaatio on kahden kubitin portti, joka suoritetaan liikkuvien kubittien avulla. Kaksi spiniä ladataan erillisiin liikkuviin rajoittuviin potentiaaleihin ja kuljetetaan kohti matriisin keskustaa. Kun ne lähestyvät toisiaan, niiden aaltofunktiot menevät päällekkäin ja vaihtovuorovaikutus vaikuttaa spineihin. Vuorovaikutusta voidaan virittää muuttamalla kubittiväliä pitäen samalla keskellä olevaa esteporttia kiinteässä jännitteessä, joka toimii tilassa, joka toteuttaa kahden kubitin portin.

Tuloksen lukeminen osoittautui aivan yhtä tärkeäksi kuin kubittien siirtäminen. ”Käytännön osa saavutuksesta on se, että voimme lukea, mitä tapahtui, ilman että meidän tarvitsee koskaan mitata liikkuvaa spiniä suoraan”, Matsumoto sanoo. Kubitit kulkevat kiinteille lukuasemille, joissa siru voi vertailla spinejä pareittain ja muuntaa informaation sähköiseksi signaaliksi. ”Yhdistimme kaikki nämä elementit kvanttitilan demonstraatiossa.

Aiheen suurempi kuva on siinä, mitä puolijohdealustat voivat tarjota, jos ne skaalautuvat jatkuvasti: tiheää integraatiota, luotettavaa valmistusta ja polku pienistä demonstraatioista siruihin, joissa on useita toiminnallisia alueita.

Tämä työ asettaa uuden askeleen tällä tiekartalla osoittaen, että kubittien liikkeen ohjaama laskenta voi tukea monivaiheisia protokollia samalla laitteella.

Aiheesta aiemmin:

Kahden kubitin portti FINfet-transistorissa

Rakentaa kvanttitietokone käänteisessä järjestyksessä

Spinit hallintaan miljardin kubitin sirulla