Pesquisadores da QuTech - uma colaboração entre a Delft University of Technology e a TNO - projetaram um número recorde de seis qubits de spin baseados em silício em uma matriz totalmente interoperável. É importante ressaltar que os qubits podem ser operados com uma baixa taxa de erro que é alcançada com um novo design de chip, um procedimento de calibração automatizado e novos métodos para inicialização e leitura de qubit. Esses avanços contribuirão para um computador quântico escalável baseado em silício. Os resultados são publicados na Nature hoje.
Diferentes materiais podem ser usados ​​para produzir qubits, o análogo quântico do bit do computador clássico, mas ninguém sabe qual material será o melhor para construir um computador quântico de grande escala. Até o momento, houve apenas demonstrações menores de chips quânticos de silício com operações de qubit de alta qualidade. Agora, pesquisadores da QuTech, liderados pelo Prof. Lieven Vandersypen, produziram um chip de seis qubits em silício que opera com baixas taxas de erro. Este é um grande passo em direção a um computador quântico tolerante a falhas usando silício.

Para fazer os qubits, os elétrons individuais são colocados em uma matriz linear de seis "pontos quânticos" espaçados de 90 nanômetros. A matriz de pontos quânticos é feita em um chip de silício com estruturas que se assemelham ao transistor – um componente comum em todos os chips de computador. Uma propriedade da mecânica quântica chamada spin é usada para definir um qubit com sua orientação definindo o estado lógico 0 ou 1. A equipe usou radiação de micro-ondas, campos magnéticos e potenciais elétricos ajustados para controlar e medir o spin de elétrons individuais e fazê-los interagir uns com os outros.

"O desafio da computação quântica hoje consiste em duas partes", explicou o primeiro autor, Stephan Philips. "Desenvolver qubits com qualidade suficiente e desenvolver uma arquitetura que permita construir grandes sistemas de qubits. Nosso trabalho se encaixa em ambas as categorias. E como o objetivo geral de construir um computador quântico é um esforço enorme, acho que é justo dizer que demos uma contribuição na direção certa."

O spin do elétron é uma propriedade delicada. Pequenas mudanças no ambiente eletromagnético fazem com que a direção da rotação flutue, e isso aumenta a taxa de erro. A equipe da QuTech baseou-se em sua experiência anterior na engenharia de pontos quânticos com novos métodos para preparar, controlar e ler os estados de spin dos elétrons. Usando esse novo arranjo de qubits, eles poderiam criar portas lógicas e emaranhar sistemas de dois ou três elétrons, sob demanda.

Arrays quânticos com mais de 50 qubits foram produzidos usando qubits supercondutores. É a disponibilidade global da infraestrutura de engenharia de silício, no entanto, que dá aos dispositivos quânticos de silício a promessa de uma migração mais fácil da pesquisa para a indústria. O silício traz alguns desafios de engenharia e, até este trabalho da equipe da QuTech, apenas matrizes de até três qubits poderiam ser projetadas em silício sem sacrificar a qualidade.

"Este artigo mostra que, com engenharia cuidadosa, é possível aumentar a contagem de qubits de spin de silício, mantendo a mesma precisão de qubits únicos. O bloco de construção chave desenvolvido nesta pesquisa pode ser usado para adicionar ainda mais qubits nas próximas iterações de qubits. estudo", disse o co-autor Dr. Mateusz Madzik.

"Nesta pesquisa, empurramos o envelope do número de qubits no silício e alcançamos alta fidelidade de inicialização, alta fidelidade de leitura, alta fidelidade de porta de um único qubit e alta fidelidade de estado de dois qubits", disse o Prof. Vandersypen. “O que realmente se destaca é que demonstramos todas essas características juntas em um único experimento em um número recorde de qubits”. + Explorar mais

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