Tutkijat tunnistavat spin-kubittisten kvanttiprosessorien kohinan alkuperän

Spinkubitti, jossa kvantti-informaatio koodataan elektronin spintilaan, on yksi lupaavimmista kvanttilaskennan alustoista. Spinkubiteilla on pitkät koherenssiajat ja ne ovat yhteensopivia edistyneiden puolijohdevalmistustekniikoiden kanssa.

Spinkubittien johtava toteutus käsittää elektronien sijoittamisen kvanttipisteiden sisään, puolijohderakenteeseen, joka käyttäytyy kuin ohjattava keinotekoinen atomi.

Viimeaikaiset edistysaskeleet ovat mahdollistaneet yksi- ja kaksikubittisten porttien korkean tarkkuuden toiminnan, ylittäen tiettyjen pintakoodin kvanttivirheidenkorjaustekniikoiden edellyttämän kynnysarvon.

Käytännön vikasietoisen kvanttilaskennan saavuttamiseksi on kuitenkin ratkaistava spin-kubittiporttien vaihteluongelmat. Keskeinen haaste tässä yhteydessä on mikroskooppisten kohinalähteiden aiheuttamat kubitin resonanssitaajuuden vaihtelut.

Tehokkaaseen kubitin toimintaan tarvitaan vakio kubitin resonanssitaajuus (fq). Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kubittien ohjaamiseen käytetyt mikroaaltosignaalit voivat tuottaa lämpöä, joka siirtää fq:ta.

Tarkemmin sanottuna fq kasvaa jyrkästi matalissa lämpötiloissa ja laskee asteittain korkeammissa lämpötiloissa. Tämä ei-monotoninen lämpötilariippuvuus häiritsee resonanssia ja heikentää siten portin tarkkuutta. Yllättäen aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että korkeampi 200 millikelvinin (mK) lämpötila standardin 20 mK:n lämpötilan sijaan voi lieventää fq :n siirtymän vaikutusta portin tarkkuuteen. Tämän ilmiön tärkeydestä huolimatta sen mikroskooppinen alkuperä on jäänyt epäselväksi.

Äskettäisessä tutkimuksessaan Tokion tiedeyliopiston (TUS) ja japanilaisen National Institute of Advanced Industrial Science and Technologyn (AIST) yhteistyötutkimusryhmä, jota johtaa professori Takayuki Kawahara TUS:n sähkötekniikan laitokselta, on vihdoin selventänyt piin spin-kubittien suorituskykyyn vaikuttavia kohinamekanismeja.

Yhdistämällä teoreettisen mallinnuksen laajamittaisiin tilastollisiin simulaatioihin kaksitasoisten fluktuaattoreiden (TLF) aiheuttamasta varauskohinasta, he osoittivat, kuinka korkeammat lämpötilat voivat parantaa porttitarkkuutta.

"Tuloksemme korostavat puolijohde-oksidirajapinnan loukkutilojen hallitsemisen ja kubittitaajuuksia vakauttavien valmistusmenetelmien käyttöönoton tärkeyttä tulevaisuuden laajamittaisten piipohjaisten kvanttiprosessorien porttitarkkuuden parantamiseksi", toteaa professori Kawahara. "Tämä voisi merkittävästi edistää käytännöllisten, laajamittaisten ja vähemmän kohinaa tuottavien kvanttitietokoneiden kehittämistä."

Kaiken kaikkiaan tämä tutkimus tarjoaa tärkeitä näkemyksiä spin-kubittiporttien suorituskyvyn parantamiseksi ja vie meidät lähemmäksi laajamittaisen vikasietoisen kvanttilaskennan toteuttamista.

Aiheesta aiemmin:

Metalli-metalli-sidosmolekyyli avaa uuden tien kvanttilaskentamateriaaleille

Testata satoja kubitteja kerrallaan

Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi