Ein Fidelitäts-Meilenstein in Silizium
Ein von Forschern des RIKEN geleitetes Team hat Einzel-Qubit-Gate-Fidelitäten von über 99,99 Prozent über alle fünf Qubits in einem Silizium-Spin-Qubit-Array nachgewiesen, mit einigen Messungen nahe 99,999 Prozent. Die Ergebnisse wurden in Nature Physics veröffentlicht.
Fidelität ist ein Maß dafür, wie oft eine Quantenoperation das beabsichtigte Ergebnis liefert. Fehlerraten unter eins zu zehntausend bringen Silizium-Bauelemente in den Bereich, in dem Fehlerkorrekturverfahren zu wirken beginnen können, und dies ist die höchste bisher für Silizium-Spin-Qubits berichtete Einzel-Qubit-Leistung.
Silizium-Spin-Qubits speichern Informationen im Spin eines einzelnen Elektrons. Sie sind etwa tausendmal kleiner als die supraleitenden Transmons, die die meisten heutigen Quantencomputer verwenden, und sie können mit denselben CMOS-Fertigungsverfahren hergestellt werden, die gewöhnliche Computerchips produzieren, weshalb Foundries sie genau untersuchen.
Qubits nebeneinander betreiben
Das schwierigere Problem ist die parallele Steuerung. Wenn mehrere Qubits eine Mikrowellen-Steuerleitung teilen, streuen Signale ineinander und die Fidelität sinkt. Das Team verfolgte die Hauptquelle dieser Verschlechterung in einem Fünf-Qubit-Silizium-Array und entwarf ein Minderungsprotokoll, das nur auf paarweisen Phasenkalibrierungen basiert.
Mit maßgeschneiderten Kaiser-Fenster-Steuerpulsen auf einer gemeinsamen Leitung hielten die Forscher die Fidelitäten für jedes Qubit einzeln über 99,99 Prozent und hielten dieses Niveau, während bis zu drei Qubits gleichzeitig betrieben wurden. Als alle fünf parallel liefen, blieb die Fidelität bei 99,9 Prozent oder darüber, der praktischen fehlertoleranten Schwelle.
Warum es für die Skalierung wichtig ist
Quantencomputer benötigen Tausende von Qubits, um nützliche Probleme anzugehen, und jedes Qubit braucht Steuerelektronik. Wenn jedes Qubit seine eigene dedizierte Leitung benötigte, würde allein die Verkabelung unüberschaubar. Gemeinsam genutzte Steuerleitungen sind ein Weg um diesen Engpass.
Seigo Tarucha, der ein Silizium-Quantencomputing-Projekt im Rahmen eines japanischen Moonshot-Programms leitet, sagte, zuverlässige parallele Steuerung sei ein wesentlicher Schritt zu einer fehlertoleranten Maschine auf Basis von Silizium-Spin-Qubits. Die Arbeit legt nahe, dass der Steuerungsansatz auf größere Arrays ausgeweitet werden sollte, basierend auf der vom Team beobachteten Leistungsskalierung. Unabhängige Labore werden nun versuchen, die Zahlen zu reproduzieren, was der übliche Test für derart präzise Behauptungen ist.
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