Uma equipe totalmente RIKEN aumentou o número de qubits de spin à base de silício que podem ser emaranhados de dois para três, destacando o potencial dos qubits de spin para a realização de algoritmos quânticos multi-qubit.

Os computadores quânticos têm o potencial de deixar os computadores convencionais comendo poeira ao realizar certos tipos de cálculos. Eles são baseados em bits quânticos, ou qubits, o equivalente quântico dos bits que os computadores convencionais usam.

Embora menos maduro do que algumas outras tecnologias qubit, pequenas bolhas de silício conhecidas como pontos quânticos de silício têm várias propriedades que as tornam altamente atraentes para a realização de qubits. Isso inclui longos tempos de coerência, controle elétrico de alta fidelidade, operação em alta temperatura e grande potencial de escalabilidade. Contudo, para conectar de forma útil vários qubits de spin à base de silício, é crucial ser capaz de emaranhar mais de dois qubits, uma conquista que havia escapado aos físicos até agora.

Seigo Tarucha e cinco colegas, tudo no RIKEN Center for Emergent Matter Science, agora inicializaram e mediram uma matriz de três qubit em silício com alta fidelidade (a probabilidade de que um qubit esteja no estado esperado). Eles também combinaram os três qubits emaranhados em um único dispositivo.

Esta demonstração é o primeiro passo para estender as capacidades dos sistemas quânticos baseados em qubits de spin. "A operação de dois qubit é boa o suficiente para realizar cálculos lógicos fundamentais, "explica Tarucha." Mas um sistema de três qubit é a unidade mínima para aumentar a escala e implementar a correção de erros. "

O dispositivo da equipe consistia em um ponto quântico triplo em uma heteroestrutura de silício / silício-germânio e é controlado por portões de alumínio. Cada ponto quântico pode hospedar um elétron, cujos estados de rotação para cima e para baixo codificam um qubit. Um ímã no chip gera um gradiente de campo magnético que separa as frequências de ressonância dos três qubits, para que possam ser tratados individualmente.

Os pesquisadores primeiro emaranharam dois dos qubits implementando um portão de dois qubit - um pequeno circuito quântico que constitui o bloco de construção dos dispositivos de computação quântica. Eles então perceberam o emaranhamento de três qubit combinando o terceiro qubit e o portão. O estado de três qubit resultante teve uma fidelidade de estado notavelmente alta de 88%, e estava em um estado emaranhado que poderia ser usado para correção de erros.

Esta demonstração é apenas o começo de um ambicioso curso de pesquisa que conduz a um computador quântico de grande escala. "Planejamos demonstrar a correção de erros primitivos usando o dispositivo de três qubits e fabricar dispositivos com dez ou mais qubits, "diz Tarucha." Em seguida, planejamos desenvolver de 50 a 100 qubits e implementar protocolos de correção de erros mais sofisticados, pavimentando o caminho para um computador quântico de grande escala em uma década. "