Em trabalho publicado em Physical Review Letters pesquisadores do Instituto de Pesquisa Científica e Industrial da Universidade de Osaka (SANKEN) usaram o método "os atalhos para a adiabaticidade (STA)" para acelerar bastante a evolução adiabática dos qubits de spin. A fidelidade do spin flip após a otimização do pulso pode chegar a 97,8% em pontos quânticos de GaAs. Este trabalho pode ser aplicável a outras passagens adiabáticas e pode ser útil para controle quântico rápido e de alta fidelidade.



Um computador quântico utiliza a superposição dos estados “0” e “1” para realizar o processamento da informação, o que é completamente diferente da computação clássica, permitindo assim a solução de determinados problemas em um ritmo muito mais rápido. A operação de estado quântico de alta fidelidade em espaços qubit programáveis ​​grandes o suficiente é necessária para alcançar a “vantagem quântica”.

O método convencional para alterar estados quânticos utiliza controle de pulso, que é sensível a ruídos e erros de controle. Em contraste, a evolução adiabática pode sempre manter o sistema quântico no seu estado próprio. É robusto a ruídos, mas requer um certo período de tempo.

Uma equipe da SANKEN usou o método STA para acelerar enormemente a evolução adiabática de qubits de spin em pontos quânticos definidos por portas pela primeira vez. A teoria que usaram foi proposta pelo cientista Xi Chen e outros. “Usamos o estilo de condução quântica sem transição do STA, permitindo assim que o sistema permanecesse sempre em seu estado próprio ideal, mesmo sob rápida evolução”, explica o co-autor Takafumi Fujita.

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De acordo com a evolução alvo dos qubits de spin, o experimento deste grupo adiciona outra condução eficaz para suprimir erros diabáticos, o que garante uma evolução adiabática rápida e quase ideal.

As propriedades dinâmicas também foram investigadas e comprovaram a eficácia deste método. Além disso, o pulso modificado após a otimização foi capaz de suprimir ainda mais os ruídos e melhorar a eficiência do controle do estado quântico.

Finalmente, este grupo alcançou fidelidade de spin flip de até 97,8%. De acordo com a estimativa deles, a aceleração da passagem adiabática seria muito melhor em pontos quânticos de Si ou Ge com menos ruído de spin nuclear.

"Isso fornece um método de controle quântico rápido e de alta fidelidade. Nossos resultados também podem ser úteis para acelerar outras passagens adiabáticas em pontos quânticos", diz o autor correspondente Akira Oiwa.

Como candidatos promissores para a computação quântica, os pontos quânticos definidos por portas têm longos tempos de coerência e boa compatibilidade com a moderna indústria de semicondutores. A equipe está tentando encontrar mais aplicações em sistemas de pontos quânticos definidos por portas, como a promoção para mais qubits de spin. Eles esperam encontrar uma solução mais simples e viável para o processamento de informações quânticas tolerantes a falhas usando este método.

Mais informações: Xiao-Fei Liu et al, Passagem Adiabática Acelerada de um Qubit de Spin de Elétron Único em Pontos Quânticos, Cartas de Revisão Física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.027002. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2312.13135
Fornecido pela Universidade de Osaka