Gli scienziati di RIKEN ottengono il controllo simultaneo ad alta fedeltà di cinque qubit di spin in silicio

I ricercatori del RIKEN Center for Emergent Matter Science e i loro collaboratori hanno annunciato un importante progresso nel campo del calcolo quantistico a base di silicio, pubblicando i risultati su Nature Physics. Il team ha fatto funzionare contemporaneamente cinque qubit di spin in silicio tramite una linea di controllo a microonde condivisa; ogni singolo qubit ha raggiunto una fedeltà di porta a singolo qubit ben superiore al 99,99%, con il valore più alto prossimo al 99,999%. Quando erano attivi contemporaneamente fino a tre qubit, la fedeltà è rimasta superiore al 99,99%. Con tutti e cinque i qubit controllati simultaneamente, la precisione si è mantenuta attorno al 99,9%, avvicinandosi ai livelli necessari per un calcolo quantistico tollerante agli errori di uso pratico.

Il problema principale affrontato dal team è stato lo spostamento Stark in corrente alternata (AC Stark shift): i segnali di controllo a microonde alterano i livelli energetici effettivi di un qubit, introducendo sfasamenti indesiderati che riducono la precisione quando più qubit vengono fatti funzionare insieme. Per contrastare questo effetto, i ricercatori hanno ideato un metodo di calibrazione a coppie: invece di mappare ogni possibile combinazione di qubit, le calibrazioni eseguite tra coppie vengono utilizzate per compensare gli sfasamenti indesiderati, rendendo l'approccio praticabile anche per sistemi più grandi.

Il coautore principale Leon Camenzind, di RIKEN, ha dichiarato che i risultati dimostrano che «un controllo ad alta fedeltà può essere mantenuto anche quando diversi qubit vengono fatti funzionare contemporaneamente». L'autore principale Yi-Hsien Wu, che ha condotto gli esperimenti nell'ambito del suo dottorato di ricerca, ha osservato che la strategia a coppie evita una procedura di calibrazione separata per ogni combinazione di qubit.

È rimasto un errore residuo, ricondotto alla decoerenza indotta dal segnale di pilotaggio a causa della maggiore potenza a microonde necessaria per il funzionamento in parallelo: una limitazione che, secondo il team, potrebbe essere affrontata con una migliore progettazione dei dispositivi. I qubit di spin in silicio sono compatibili con i processi di fabbricazione dei semiconduttori già consolidati, il che li rende una piattaforma promettente per la scalabilità dei processori quantistici.