Чтобы квантовые компьютеры могли выполнять полезные вычисления, квантовая информация должна иметь точность, близкую к 100%. Шум заряда, вызванный несовершенством материальной среды, в которой находятся кубиты, мешает квантовой информации, закодированной на кубитах, негативно влияя на ее точность. За решение данной проблемы взялись эксперты из Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий (UNSW) в Сиднее. Команда ученых под руководством Людвика Кранца, аспиранта UNSW, смогла добиться минимально возможного шума для кубитов. Их работа была опубликована в Advanced Materials.
Кубиты, сделанные из электронов, размещенных на атомных кубитах в кремнии являются многообещающей платформой для крупномасштабных квантовых компьютеров. Однако кубиты, размещенные на любой полупроводниковой платформе, такой как кремний, чувствительны к зарядовому шуму. Исследование команды показало, что наличие дефектов внутри кремниевого чипа или на границе раздела с поверхностью вносит значительный вклад в шум заряда.
Уменьшая количество примесей в кремниевом чипе, и размещая атомы подальше от поверхности и границ раздела, где возникает большая часть шума, команда смогла добиться рекордного результата. Следующим этапом работы будет переход на изотопно чистый кристаллический Si-28, что позволит извлечь выгоду из длительного времени когерентности, уже продемонстрированного в экспериментальной системе.
Но это далеко идущие планы, а что есть сейчас? Используя недавно изготовленный кремниевый чип, команда провела ряд экспериментов для определения характеристик шума заряда с неожиданными результатами. Специалисты измерили зарядовый шум, используя как одиночный электронный транзистор, так и пару кубитов с обменной связью, которые в совокупности обеспечивают согласованный спектр зарядового шума в широком диапазоне частот. Измерения выявили ключевой фактор, влияющий на шум заряда — время.
Экспериментально было доказано, что чем продолжительнее вычисления, тем больше шума влияет на итоговую систему.
Для выполнения безошибочных вычислений, необходимых для крупномасштабных квантовых вычислений, двухкубитный вентиль — центральный строительный блок любого квантового компьютера — требует точности более 99%. Чтобы достичь этого порога, квантовые операции должны быть стабильными и быстрыми.
В недавней статье, опубликованной в Physical Review X, другая группа исследователей, продемонстрировала технологию, которая позволяет считывать кубиты за 1 микросекунду. Это исследование в сочетании с результатами полученными группой из UNSW показывает, что можно достичь 99,99% точности в атомных кубитах в кремнии.
Профессор Симмонс, основатель компании Silicon Quantum Computing (SQC), говорит:
Наша команда сейчас работает над достижением всех этих ключевых результатов на одном устройстве — быстром, стабильном, высокоточном и с длительным временем когерентности, — делая важный шаг в сторону полноразмерного квантового процессора на основе кремния.
Профессор Симмонс работает с SQC над созданием первого полезного коммерческого квантового компьютера на кремнии. Целью SQC является разработка всех технологий необходимых для запуска производства 10-кубитного прототипа квантового интегрированного процессора к 2023 году.
