Учёные RIKEN добились одновременного высокоточного управления пятью кремниевыми спиновыми кубитами

Исследователи из RIKEN Center for Emergent Matter Science и их коллеги сообщили о значительном прорыве в области кремниевых квантовых вычислений, опубликовав результаты в журнале Nature Physics. Команда одновременно управляла пятью кремниевыми спиновыми кубитами через общую линию микроволнового контроля, при этом точность однокубитных операций для каждого отдельного кубита значительно превышала 99,99% — максимальное значение приближалось к 99,999%. При одновременной активности до трёх кубитов точность оставалась выше 99,99%. При одновременном управлении всеми пятью кубитами точность держалась на уровне около 99,9%, приближаясь к показателям, необходимым для практического отказоустойчивого квантового вычисления.

Основной проблемой, с которой столкнулась команда, был так называемый AC Stark shift (сдвиг Штарка на переменном токе): микроволновые управляющие сигналы изменяют эффективные энергетические уровни кубита, вызывая нежелательные фазовые сдвиги, которые снижают точность при одновременной работе нескольких кубитов. Чтобы устранить эту проблему, исследователи разработали метод попарной калибровки: вместо того чтобы отдельно калибровать каждую возможную комбинацию кубитов, калибровки, проведённые между парами, используются для компенсации нежелательных сдвигов, что делает этот подход практичным для более крупных систем.

Один из первых авторов исследования Леон Камензинд (Leon Camenzind) из RIKEN отметил, что результаты показывают: «высокоточное управление можно поддерживать даже при одновременной работе нескольких кубитов». Первый автор Йи-Сянь Ву (Yi-Hsien Wu), проводивший эксперименты в рамках своей докторской диссертации, отметил, что попарная стратегия избавляет от необходимости отдельной процедуры калибровки для каждой комбинации кубитов.

Некоторая остаточная ошибка всё же сохранялась — она объясняется декогеренцией, вызванной управляющим сигналом из-за более высокой микроволновой мощности, необходимой для параллельной работы. По словам команды, эту проблему можно решить за счёт улучшенной конструкции устройств. Кремниевые спиновые кубиты совместимы с уже существующими технологиями производства полупроводников, что делает их перспективной платформой для масштабирования квантовых процессоров.