Forskare från RIKEN i Japan har tagit ett stort steg mot storskalig kvantberäkning genom att demonstrera felkorrigering i ett tre-qubit-kiselbaserat kvantberäkningssystem. Detta verk, publicerat i Nature , skulle kunna bana väg mot uppnåendet av praktiska kvantdatorer.

Kvantdatorer är ett hett forskningsområde idag, eftersom de lovar att göra det möjligt att lösa vissa viktiga problem som är svårlösta med hjälp av konventionella datorer. De använder en helt annan arkitektur, med överlagringstillstånd som finns i kvantfysiken snarare än de enkla 1 eller 0 binära bitar som används i konventionella datorer. Men eftersom de är designade på ett helt annat sätt är de mycket känsliga för omgivningsbuller och andra frågor, såsom dekoherens, och kräver felkorrigering för att de ska kunna göra exakta beräkningar.

En viktig utmaning idag är att välja vilka system som bäst kan fungera som "qubits" - de grundläggande enheterna som används för att göra kvantberäkningar. Olika kandidatsystem har sina egna styrkor och svagheter. Några av de populära systemen idag inkluderar supraledande kretsar och joner, som har fördelen att någon form av felkorrigering har påvisats, vilket gör att de kan tas i faktisk användning om än i liten skala. Kiselbaserad kvantteknologi, som bara har börjat utvecklas under det senaste decenniet, är känd för att ha en fördel genom att den använder en halvledarnanostruktur som liknar den som vanligtvis används för att integrera miljarder transistorer i ett litet chip, och därför skulle kunna dra nytta av nuvarande produktionsteknik.

Ett stort problem med den kiselbaserade tekniken är dock att det saknas teknik för felanslutning. Forskare har tidigare visat kontroll över två qubits, men det räcker inte för felkorrigering, vilket kräver ett tre-qubit-system.

I den aktuella forskningen, utförd av forskare vid RIKEN Center for Emergent Matter Science och RIKEN Center for Quantum Computing, uppnådde gruppen denna bedrift och demonstrerade full kontroll över ett tre-qubit-system (ett av de största qubit-systemen inom kisel), vilket ger en prototyp för första gången av kvantfelskorrigering i kisel. De uppnådde detta genom att implementera en tre-qubit Toffoli-typ quantum gate.

Enligt Kenta Takeda, den första författaren till artikeln, "föreslogs idén om att implementera en kvantfelkorrigerande kod i kvantpunkter för ungefär ett decennium sedan, så det är inte ett helt nytt koncept, utan en serie förbättringar av material, tillverkning av enheter och mättekniker gjorde det möjligt för oss att lyckas med denna strävan. Vi är mycket glada över att ha uppnått detta."

Enligt Seigo Tarucha, ledaren för forskargruppen, blir deras "nästa steg att skala upp systemet. Vi tror att uppskalning är nästa steg. För det skulle det vara trevligt att arbeta med halvledarindustrigrupper som kan tillverka kisel -baserade kvantenheter i stor skala." + Utforska vidare

Ett tre-qubit intrasslat tillstånd har realiserats i en fullt kontrollerbar uppsättning av spin-qubits i kisel