Um marco de fidelidade em silício
Uma equipe liderada por pesquisadores do RIKEN demonstrou fidelidades de porta de qubit único acima de 99,99% em todos os cinco qubits de um arranjo de qubits de spin de silício, com algumas medições se aproximando de 99,999%. Os resultados foram publicados na Nature Physics.
Fidelidade é uma medida de com que frequência uma operação quântica produz o resultado pretendido. Taxas de erro abaixo de uma em dez mil colocam dispositivos de silício na faixa em que esquemas de correção de erros podem começar a funcionar, e este é o melhor desempenho de qubit único já relatado para qubits de spin de silício.
Qubits de spin de silício armazenam informação no spin de um único elétron. Eles são cerca de mil vezes menores que os transmons supercondutores usados pela maioria dos computadores quânticos atuais, e podem ser fabricados com as mesmas ferramentas de fabricação CMOS que produzem chips de computador comuns, razão pela qual as fundições os estudam de perto.
Operando qubits lado a lado
O problema mais difícil é o controle paralelo. Quando vários qubits compartilham uma linha de controle de micro-ondas, os sinais vazam entre si e a fidelidade cai. A equipe rastreou a principal fonte dessa degradação em um arranjo de cinco qubits de silício e projetou um protocolo de mitigação baseado apenas em calibrações de fase em pares.
Usando pulsos de controle Kaiser-window sob medida em uma linha compartilhada, os pesquisadores mantiveram fidelidades acima de 99,99% para cada qubit individualmente e mantiveram esse nível ao operar até três qubits ao mesmo tempo. Quando todos os cinco rodaram em paralelo, a fidelidade ficou em 99,9% ou acima, o limiar prático de tolerância a falhas.
Por que isso importa para a escalabilidade
Computadores quânticos precisam de milhares de qubits para resolver problemas úteis, e cada qubit precisa de eletrônica de controle. Se cada qubit exigisse sua própria linha dedicada, a fiação sozinha se tornaria ingerenciável. Compartilhar linhas de controle é uma rota para contornar esse gargalo.
Seigo Tarucha, que gerencia um projeto de computação quântica de silício sob um programa japonês Moonshot, disse que o controle paralelo confiável é um passo essencial rumo a uma máquina tolerante a falhas construída sobre qubits de spin de silício. O artigo sugere que a abordagem de controle deve se estender a arranjos maiores, com base na escala de potência observada pela equipe. Laboratórios independentes agora tentarão reproduzir os números, o teste usual para alegações tão precisas.
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