Kohti Majorana-moodien käyttöä kubitteina

Kubittien suojaaminen kohinalta on välttämätöntä luotettavien kvanttitietokoneiden rakentamiseksi.

Topologiset kubitit tarjoavat reitin tähän tavoitteeseen koodaamalla kvantti-informaatiota epälokaalisti käyttämällä Majoranan nollamoodipareja. Nämä moodit muodostavat jaetun fermionisen tilan, jonka käyttö – joko parillinen tai pariton – määrittelee kubittia koodaavan fermionisen pariteetin.

Espanjan kansallisen tutkimusneuvoston (CSIC) ja QuTechin tutkijat ovat osoittaneet nopean, kertaluonteisen fermionisen pariteetin lukemisen. Fermioninen pariteetti on epälokaalin suure, joka kuljettaa informaatiota Majorana-pohjaisissa kubiteissa.

Tämä ominaisuus on olennainen askel kohti Majorana-moodien käyttöä kubitteina, koska se mahdollistaa alustuksen ja koodatun tilan reaaliaikaisen seurannan kubittityyppisessä laitegeometriassa.

Suoran pariteettilukeman avulla työ vie Majorana-pohjaisia alustoja lähemmäs kubitin demonstrointia.

Huomionarvoista on, että tähän pariteettiin pääsee käsiksi vain mittauksella, joka kytkee kaksi Majoranan moodia toisiinsa. Lupaava alusta tällaisten kubittien toteuttamiseksi on Kitaev-ketju, joka on toteutettu kvanttipisteinä, jotka on kytketty suprajohteilla.

Jopa minimaalinen kaksipaikkainen ketju sisältää parin Majoranan moodia, joita usein kutsutaan "köyhän miehen Majoranoiksi", ja jotka ovat spatiaalisesti erillään, mutta tarjoavat rajoitetun suojan verrattuna pidempiin ketjuihin.

Tutkimustyön mittaustekniikka lukee niiden pariteetin kvanttikapasitanssin avulla. Menetelmämme kytkee kaksi Majoranan moodia ja ratkaisee niiden pariteetin reaaliajassa, mikä näkyy satunnaisena telegraafikytkentänä, jonka elinikä on yli millisekunti. Samanaikainen varauksen mittaus vahvistaa, että kaksi pariteettitilaa ovat varausneutraaleja ja pysyvät erottamattomina luotaimelle, joka ei kytke moodia.

Nämä tulokset muodostavat olennaisen lukuvaiheen Majoranan kubittien aikataso-ohjaukselle ja ratkaisevat pitkäaikaisen kokeellisen haasteen.

Tutkijatiimi korostaa, että merkittävää työtä on vielä tehtävä ennen kuin Majoranaan perustuvia kubitteja voidaan käyttää laskentaelementteinä. Seuraava virstanpylväs on koherenssin osoittaminen ja sen jälkeen erityiset kokeet, jotka osoittavat Majoranaan perustuvien moodien eksoottisen, ei-abelilaisen luonteen: fuusio ja punonta.

Aiheesta aiemmin:

Keskeinen askel kohti vikasietoista kvanttilaskentaa

Suprajohtavuus, yksi molekyyli ja Majorana

Topologinen kvanttilaskenta askeleen lähemmäksi todellisuutta