La première démonstration du contrôle universel des qubits de spin codés

Le calcul quantique (QC) présente des exemples connus d’accélération matérielle pour des problèmes spécifiques, mais est difficile à mettre en œuvre en raison de sa sensibilité à de petites erreurs dues au bruit ou à un contrôle incomplet. Les principes de tolérance aux pannes peuvent permettre une accélération des calculs à l’aide d’un matériel imparfait, mais ils imposent des exigences strictes sur la nature et l’interdépendance des erreurs.

Pour de nombreuses technologies qubit, certains des défis liés à la tolérance aux pannes peuvent être attribués aux erreurs associées résultant de la nécessité de contrôler le qubit par des injections résonnantes de qubits correspondants d’énergie micro-ondes. HRL Laboratories, LLC, a publié la première démonstration complète de contrôle des qubits de spin codés. L’expérience a démontré un contrôle global des qubits codés, ce qui signifie que les qubits peuvent être utilisés avec succès pour tout type d’implémentation d’algorithme de calcul quantique.

Cette nouvelle approche émergente du calcul quantique utilise une nouvelle architecture de dispositif qubit à base de silicium qui piège les électrons uniques dans des points quantiques. Trois de ces électrons isolés ont des états de qubit gradués en énergie régis par des interactions de contact avec le plus proche voisin qui échangent partiellement des états de spin voisins.

Étant donné que l’expérience a montré que leurs qubits codés peuvent être contrôlés universellement, toute technique de calcul quantique peut être efficacement mise en œuvre à l’aide de qubits. Les qubits quantiques pour les points quantiques silicium/silicium-germanium utilisent trois spins d’électrons et une technique de contrôle par laquelle les tensions appliquées aux grilles métalliques commutent partiellement les directions de spin de ces électrons sans les aligner dans un ordre.

Lors de la présentation, des dizaines d’impulsions de tension soigneusement calibrées ont été appliquées les unes après les autres à très grande proximité pendant quelques millionièmes de seconde.

Le silicium enrichi en isotopes, le contrôle électrique complet des processus d’échange partiel avec un faible chevauchement, l’insensibilité configurable du codec à des sources d’erreur spécifiques et la cohérence quantique qu’il fournit fonctionnent tous ensemble pour fournir une voie vitale vers une tolérance aux erreurs évolutive et des calculs de caractéristiques, qui sont essentiels étapes vers un ordinateur quantique commercial. .

Aaron Weinstein, scientifique et auteur principal de HRL, a déclaré: « En plus des défis évidents de conception et de fabrication, de nombreux logiciels robustes ont dû être écrits, par exemple, pour affiner et calibrer notre système de contrôle. Des efforts considérables ont été consacrés au développement de procédures automatisées et efficaces pour déterminer la tension appliquée qui en résultait. dans le degré d’échange partiel. Puisqu’il n’était pas nécessaire d’effectuer des milliers de ces opérations pour déterminer les niveaux d’erreur, chaque processus doit être précis. Nous avons travaillé dur pour que tout ce contrôle fonctionne avec une grande précision.

Le chef du groupe HRL et co-auteur, Mitch Jones, a déclaré : « Il s’agissait d’un travail d’équipe. Le travail d’habilitation d’équipes talentueuses de logiciels de contrôle, la théorie, la croissance du matériel et la fabrication étaient essentiels. De plus, de nombreuses mesures d’instruments ont été nécessaires pour comprendre suffisamment la physique interne et développer des procédures pour mieux contrôler ces interactions mécaniques quantiques. » fiable. Ce travail et cette illustration sont l’aboutissement de ces mesures, rendues encore meilleures en travaillant aux côtés de certains des scientifiques les plus brillants que j’ai rencontrés. « 

Thaddeus Ladd, chef de groupe HRL et co-auteur Il a ditEt « Il est difficile de déterminer la meilleure technologie qubit, mais je pense que les qubits uniquement en silicium sont au moins les meilleurs. Il reste encore de réels défis à relever pour améliorer l’erreur, la mise à l’échelle, la vitesse, l’uniformité, la diaphonie et d’autres aspects, mais rien de tout cela ne nécessite un miracle. Pour de nombreux autres types de qubits, au moins un aspect semble encore difficile. »

S’ils sont mis à l’échelle, les ordinateurs quantiques seront différents des superordinateurs traditionnels en ce sens qu’ils utiliseront une propriété fragile de la physique quantique connue sous le nom d’intrication quantique pour effectuer certains calculs qui prendraient normalement des années ou des décennies pour les ordinateurs conventionnels. La simulation du comportement des macromolécules est l’un de ces calculs parmi de nombreuses applications envisageables.

Référence de la revue :

1. Aaron J. Weinstein et al. Logique universelle avec des qubits rotationnels codés dans du silicium Nature (2023). EST CE QUE JE: 10.1038 / s41586-023-05777-3