Operating two exchange-only qubits in parallel

Semiconductors are among the most promising platforms to implement large-scale quantum computers, as advanced manufacturing techniques allow fabrication of large quantum dot arrays. Various qubit encodings can be used to store and manipulate quantum information on these quantum dot arrays. Regardless of qubit encoding, precise control over the exchange interaction between electrons confined in quantum dots in the array is critical. Furthermore, it is necessary to execute high-fidelity quantum operations concurrently to make full use of the limited coherence of individual qubits. Here we demonstrate the parallel operation of two exchange-only qubits, consisting of six quantum dots in a linear arrangement. Using randomized benchmarking (RB) techniques, we show that issuing pulses on the five barrier gates to modulate exchange interactions in a maximally parallel way maintains the quality of qubit control relative to sequential operation. The techniques developed to perform parallel exchange pulses can be readily adapted to other quantum-dot-based encodings. Moreover, we show the first, to our knowledge, experimental demonstrations of an iSWAP gate for exchange-only qubits&nbsp;and of a charge-locking Pauli spin blockade (PSB) readout method. The results are validated using cross-entropy benchmarking (XEB), a technique useful for performance characterization of larger quantum computing systems; here it is used for the first time on a quantum system based on semiconductor technology.

8091

Nature

2025

Quantum information

Qubits

Semiconductors are among the most promising platforms to implement large-scale quantum computers, as advanced manufacturing techniques allow fabrication of large quantum do...

Недавно команда Матеуша Т. Мендзика из американской компании Intel реализовала параллельное управление двумя чистыми обменными кубитами. Соответствующая статья была опубликована в журнале Nature 26 ноября 2025 года.Полупроводники являются одной из наиболее перспективных платформ для реализации крупномасштабных квантовых компьютеров, поскольку передовые производственные технологии позволяют создавать масштабные массивы квантовых точек. На этих массивах можно использовать различные схемы кодирования кубитов для хранения и управления квантовой информацией. Независимо от выбранного способа кодирования, точный контроль обменного взаимодействия между электронами, захваченными в квантовых точках массива, имеет решающее значение. Кроме того, чтобы в полной мере использовать ограниченную когерентность отдельных кубитов, необходимо иметь возможность выполнять высокоточные квантовые операции параллельно.Исследовательская группа продемонстрировала параллельное управление двумя чистыми обменными кубитами, которые образованы линейной конфигурацией из шести квантовых точек. Используя методику рандомизированного бенчмаркинга (RB), группа показала, что подача импульсов на пять барьерных затворов для модуляции обменного взаимодействия в режиме максимального параллелизма позволяет сохранить качество управления кубитами на уровне, сопоставимом с последовательным управлением. Технологии, разработанные для реализации параллельных обменных импульсов, могут быть непосредственно расширены на другие схемы кодирования на основе квантовых точек. Кроме того, команда впервые экспериментально продемонстрировала гейт iSWAP на чистых обменных кубитах, а также метод считывания состояния через спиновую блокировку Паули (PSB) с фиксацией заряда. Результаты были верифицированы с помощью кросс-энтропийного бенчмаркинга (XEB) — метода, чрезвычайно полезного для характеристики производительности крупномасштабных квантовых вычислительных систем; здесь он был впервые применён к квантовой системе на полупроводниковой основе.

Operating two exchange-only qubits in parallel

Authors

Mateusz T. Mądzik

Florian Luthi

Gian Giacomo Guerreschi

Fahd A. Mohiyaddin

Felix Borjans

Jason D. Chadwick

Matthew J. Curry

Joshua Ziegler

Sarah Atanasov

Peter L. Bavdaz

We recommend that you study