Una pietra miliare di fedeltà nel silicio
Un team guidato da ricercatori del RIKEN ha dimostrato fedeltà di gate a singolo qubit superiori al 99,99 per cento su tutti e cinque i qubit in un array di qubit di spin al silicio, con alcune misurazioni vicine al 99,999 per cento. I risultati sono stati pubblicati su Nature Physics.
La fedeltà è una misura di quanto spesso un'operazione quantistica produce il risultato voluto. Tassi di errore inferiori a uno su diecimila collocano i dispositivi al silicio nella gamma in cui gli schemi di correzione degli errori possono iniziare a funzionare, e questa è la più alta prestazione a singolo qubit riportata finora per i qubit di spin al silicio.
I qubit di spin al silicio immagazzinano informazioni nello spin di un singolo elettrone. Sono circa mille volte più piccoli dei transmon superconduttivi usati dalla maggior parte dei computer quantistici odierni, e possono essere realizzati con gli stessi strumenti di fabbricazione CMOS che producono i normali chip per computer, motivo per cui le fonderie li studiano attentamente.
Qubit che operano fianco a fianco
Il problema più difficile è il controllo parallelo. Quando diversi qubit condividono una linea di controllo a microonde, i segnali si riversano l'uno nell'altro e la fedeltà cala. Il team ha individuato la principale fonte di quel degrado in un array di cinque qubit al silicio e ha progettato un protocollo di mitigazione basato solo su calibrazioni di fase a coppie.
Usando impulsi di controllo Kaiser-window su misura su una linea condivisa, i ricercatori hanno mantenuto fedeltà superiori al 99,99 per cento per ogni qubit individualmente e hanno mantenuto quel livello operando fino a tre qubit contemporaneamente. Quando tutti e cinque funzionavano in parallelo, la fedeltà è rimasta al 99,9 per cento o superiore, la soglia pratica di tolleranza ai guasti.
Perché conta per la scalabilità
I computer quantistici hanno bisogno di migliaia di qubit per affrontare problemi utili, e ogni qubit necessita di elettronica di controllo. Se ogni qubit richiedesse la propria linea dedicata, il cablaggio da solo diventerebbe ingestibile. Condividere le linee di controllo è una via d'uscita da quel collo di bottiglia.
Seigo Tarucha, che gestisce un progetto di calcolo quantistico al silicio nell'ambito di un programma Moonshot giapponese, ha detto che il controllo parallelo affidabile è un passo essenziale verso una macchina tollerante ai guasti costruita su qubit di spin al silicio. L'articolo suggerisce che l'approccio di controllo dovrebbe estendersi ad array più grandi, in base alla scalatura di potenza osservata dal team. Laboratori indipendenti tenteranno ora di riprodurre i numeri, il consueto test per affermazioni così precise.
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