Ученые преодолели скрытое препятствие на пути к более мощным квантовым компьютерам

Ученые из RIKEN и их коллеги показали способ одновременного управления пятью кремниевыми спиновыми кубитами с точностью около 99,9%, что снимает важное препятствие для масштабирования квантовых компьютеров. Результаты исследования опубликованы в Nature Physics.

Кремниевые спиновые кубиты перспективны для квантовых вычислений, поскольку их можно производить с использованием тех же полупроводниковых методов, что и современные компьютерные чипы. Однако при одновременном управлении несколькими кубитами точность операций снижалась. Исследователи связали значительную часть ошибок с AC-сдвигом Штарка: микроволновые сигналы меняют эффективные уровни энергии кубита и вызывают нежелательные фазовые сдвиги. Для компенсации этого эффекта команда разработала метод калибровки по парам кубитов, улучшила конструкцию устройства и настройку микроволновых импульсов. Отдельные кубиты показали точность выше 99,99%, а максимальное значение приближалось к 99,999%; при одновременной работе трех кубитов точность оставалась выше 99,99%, а при пяти — около 99,9%.

Хотя новый метод значительно снизил ошибки, полностью устранить их не удалось. Оставшееся снижение точности исследователи связывают с декогеренцией, вызванной повышенной микроволновой мощностью при одновременной работе нескольких кубитов (drive-induced decoherence). По словам авторов, дальнейшие улучшения конструкции устройств могут помочь смягчить этот источник ошибок. Подход подтверждает, что общие линии микроволнового управления являются практичным путем масштабирования квантовых процессоров, а совместимость кремния с полупроводниковым производством приближает создание отказоустойчивых квантовых компьютеров; проект связан с JST Moonshot Goal 6.