En grupp forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan har lyckats genomföra upprepade mätningar av elektronens snurr i en kiselkvantpunkt (QD) utan att ändra dess snurr i processen. Denna typ av "icke-rivning" -mätning är viktig för att skapa kvantdatorer som är fultoleranta. Kvantdatorer skulle göra det lättare att utföra vissa klasser av beräkningar såsom problem med många kroppar, som är extremt svåra och tidskrävande för konventionella datorer. Väsentligen, involverar att mäta ett kvantvärde som aldrig är i ett enda tillstånd som en konventionell transistor, men existerar istället som ett "överlagrat tillstånd" - på samma sätt som att Schrodingers berömda katt inte kan sägas vara levande eller död förrän den observeras. Med sådana system, det är möjligt att utföra beräkningar med en qubit som är en överlagring av två värden, och sedan bestämma statistiskt vad det korrekta resultatet är. Kvantdatorer som använder enkla elektronspinn i QD -kisel ses som attraktiva på grund av deras möjliga skalbarhet och eftersom kisel redan används i stor utsträckning inom elektronikteknik.

Den största svårigheten med att utveckla kvantdatorer, dock, är att de är mycket känsliga för yttre buller, gör felkorrigering kritisk. Än så länge, forskare har lyckats utveckla enkla elektronspinn i kisel-QD:er med lång lagringstid och högprecisionskvantoperation, men kvantmätning utan rivning-en nyckel till effektiv felkorrigering-har visat sig gäckande. Den konventionella metoden för att läsa upp enstaka elektronspinn i kisel är att omvandla snurrarna till laddningar som snabbt kan detekteras, men tyvärr, elektronspinnet påverkas av detekteringsprocessen.

Nu, i forskning publicerad i Naturkommunikation , RIKEN-teamet har uppnått en sådan icke-rivningsmätning. Den viktigaste insikten som gjorde att gruppen kunde göra framsteg var att använda interaktionsmodellen av typen Ising - en modell för ferromagnetism som tittar på hur elektronspinn i angränsande atomer blir inriktade, som leder till bildandet av ferromagnetism i hela gallret. Väsentligen, de kunde överföra spinninformationen - upp eller ner - för en elektron i en QD till en annan elektron i den angränsande QD med hjälp av Ising -typinteraktionen i ett magnetfält, och sedan kunde mäta grannens snurr med den konventionella metoden, så att de kunde lämna originalspinnet opåverkat, och kunde utföra upprepade och snabba mätningar av grannen.

"Genom det här, "förklarar koncernchef Seigo Tarucha, som ledde forskargruppen, "vi kunde uppnå en trofasthetsgrad på icke-rivning på 99%, och genom att använda upprepade mätningar skulle få en avläsningsnoggrannhet på 95%. Vi har också visat att teoretiskt sett detta kan ökas till 99,6%, och planerar att fortsätta arbetet för att nå den nivån. "

Han fortsätter, "Det här är väldigt spännande, för om vi kan kombinera vårt arbete med high-fidelity single- och two-qubit grindar, som håller på att utvecklas, Vi kan eventuellt bygga en mängd olika fälttoleranta system för kvantinformationsbehandling med hjälp av en kiselkvantum-plattform. "