Naukowcy z Politechniki w Delft zademonstrowali działanie dwukubitowych bramek logicznych wykorzystujących mobilne spiny elektronów na chipie krzemowym. To odkrycie, opublikowane w Nature, może utorować drogę w kierunku skalowalnych procesorów kwantowych.
Zespół kierowany przez Lievena Vandersypena z QuTech zastosował technikę zwaną przemieszczaniem w trybie przenośnika. Metoda ta polega na zastosowaniu przesuniętych w fazie sygnałów elektrycznych do elektrod bramkowych, tworząc potencjał fali bieżącej, który przenosi poszczególne elektrony przez chip w poruszających się kropkach kwantowych. Takie podejście pozwala na fizyczny transport kwantowych nośników informacji zamiast ich mocowania na miejscu.
Vandersypen zauważył: „A co by było, gdyby można było spowodować interakcję dwóch spinów elektronów, po prostu przesuwając je ku sobie, przy czym każdy propagowałby się w minimum potencjału fali bieżącej?” Naukowcy osiągnęli średnią wierność bramki dwukubitowej na poziomie około 99 procent, dostosowując siłę interakcji w oparciu o przestrzenną separację elektronów. Co więcej, zaimplementowali teleportację w stanie kwantowym pomiędzy oddzielonymi przestrzennie kubitami, osiągając średnią wierność bramki na poziomie 87 procent.
Architektura ta rozwiązuje wyzwanie polegające na łączeniu odległych kubitów bez skomplikowanego okablowania. Kubity mobilne umożliwiają dynamiczną łączność i umożliwiają działanie różnych kodów korekcji błędów kwantowych na tym samym sprzęcie. Urządzenie zostało wykonane z izotopowo oczyszczonego krzemu i germanu, co jest zgodne ze standardowymi procesami produkcji półprzewodników, co odróżnia to podejście od innych, wymagających materiałów egzotycznych.
Publikacja zbiega się z postępem w obliczeniach kwantowych opartych na krzemie. W kwietniu firma QuTech zaprezentowała programowalne obwody kwantowe składające się z sześciu krzemowych kubitów spinowych. Ponadto odrębny zespół wprowadził nowe metody odczytu spin-kubitów, mające na celu zmniejszenie złożoności okablowania w większych procesorach kwantowych.
27 kwietnia Vandersypen przedstawił paradygmat przemieszczania się podczas kolokwium kwantowego w Princeton. Naukowcy spodziewają się, że operacje na mobilnych kubitach staną się uniwersalną cechą przyszłych wielkoskalowych półprzewodnikowych procesorów kwantowych.
