Міжнародна команда дослідників із Центру вивчення явищ у матерії інституту RIKEN та їхні партнери вирішили одну з ключових проблем квантових обчислень — суттєве зниження точності кремнієвих спінових кубітів під час одночасного керування кількома елементами.
Кремнієві спінові кубіти вважаються перспективною основою для квантових комп'ютерів майбутнього — їх можна виготовляти за допомогою стандартних напівпровідникових технологій, які використовуються у звичайному чипмейкінгу. Утім науковці тривалий час стикалися із серйозним обмеженням: варто було запустити кілька кубітів одночасно, як точність їхньої роботи помітно падала. Подолати цей бар'єр вдалося команді з Центру вивчення явищ у матерії інституту RIKEN разом із міжнародними партнерами — результати дослідження опубліковані у фаховому виданні Nature Physics.
Квантові комп'ютери оперують кубітами, що здатні перебувати в комбінаціях станів 0 і 1. Кремнієві спінові кубіти зберігають інформацію через спін окремих електронів, локалізованих у кремнієвій матриці. Керування ними здійснюється за допомогою мікрохвильових сигнальних ліній, однак при паралельній роботі кількох елементів виникає небажаний побічний ефект — зміщення Штарка під дією змінного струму. Сигнали змінюють ефективні енергетичні рівні кубітів і спричиняють паразитні фазові зміщення, що і є головним джерелом помилок.
Щоб усунути цю проблему, дослідники розробили систему калібрування на основі попарного налаштування кубітів — замість окремого підбору параметрів для кожної можливої комбінації елементів. Такий підхід дає змогу масштабувати методику для чипів із великою кількістю кубітів.
Поєднання нового методу з удосконаленою архітектурою пристрою дало вражаючі результати. При індивідуальному тестуванні п'яти кубітів точність взаємодій значно перевищувала 99,99%, а найкращий показник наблизився до 99,999%. За умови одночасної активності трьох кубітів точність залишалася вищою за 99,99%, а при роботі всіх п'яти елементів — на рівні близько 99,9%.
Повністю уникнути помилок поки що не вдається: заважає декогеренція, спричинена потужним мікрохвильовим випромінюванням. Проте отримані показники підтверджують працездатність спільних ліній керування і відкривають практичний шлях до створення масштабованих квантових процесорів зі стійкістю до збоїв.
