Ett nytt framsteg i skalningen av halvledarkvantprickbaserade kvantbitar har uppnåtts av forskare vid University of Science and Technology i Kina. Professor GUO Guoping med sina medarbetare, XIAO Ming, LI Haiou och CAO Gang, designade och tillverkade en kvantprocessor med sex kvantprickar, och experimentellt demonstrerade kvantkontroll av Toffoli-porten. Detta är den första realiseringen av Toffoli-porten i ett halvledarkvantpricksystem, vilket motiverar ytterligare forskning om halvledarkvantprocessor i större skala. Rapporten, med titeln "Controlled Quantum Operations of a Semiconductor Three-Qubit System, " publicerades i Fysisk granskning tillämpas .

Tillverkningen, manipulering och skalning av halvledarkvantprickbaserade qubits är de viktigaste kärnteknologierna för skalbara halvledarkvantchips. Professor GUO Guopings grupp har som mål att behärska dessa teknologier och har ägnat sig åt detta område under lång tid. Innan demonstrationen av tre-qubit-porten, de realiserade ultrasnabb universell kontroll av laddningskvantbitar baserad på halvledarkvantprickar 2013 och uppnådde den kontrollerade rotationen av två laddningskvantbitar 2015.

Toffoli-grinden är en tre-qubit-operation som ändrade tillståndet för en mål-qubit beroende på tillståndet för två kontroll-qubits. Den kan användas för universell reversibel klassisk beräkning, och bildar också en universell uppsättning qubit-grindar i kvantberäkning tillsammans med en Hadamard-grind. Vidare, det är ett nyckelelement i scheman för korrigering av kvantfel. Implementering av Toffoli-grinden med endast en- och två-qubit-operationer kräver sex kontrollerade-NOT-grindar och 10 en-qubit-operationer.

Som ett resultat, en enstegs Toffoli-grind kan minska antalet kvantoperationer dramatiskt, vilket kan bryta gränsen för koherenstid och förbättra effektiviteten av kvantberäkning. Forskare från Guos grupp fann att den T-formade arkitekturen med sex kvantprickar med öppningar mellan kontroll-qubits och mål-qubits kan stärka kopplingen mellan qubits med olika funktion och minimera den mellan qubits med samma funktion. Detta uppfyller kraven för Toffoli-porten väl. Genom att använda denna arkitektur med optimerade högfrekventa pulser, forskarna demonstrerade Toffoli-porten i ett halvledarkvantpricksystem för första gången, som lägger en solid grund för skalbara halvledarkvantprocessorer.