I arbete publicerat i Physical Review Letters forskare vid Osaka Universitys Institute of Scientific and Industrial Research (SANKEN) använde "genvägarna till adiabaticitet (STA)"-metoden för att kraftigt påskynda den adiabatiska utvecklingen av spin-qubits. Spin flip-troheten efter pulsoptimering kan vara så hög som 97,8 % i GaAs-kvantprickar. Detta arbete kan vara tillämpligt på andra adiabatiska passager och kan vara användbart för snabb och högtrogen kvantkontroll.
En kvantdator använder överlagringen av "0" och "1" tillstånd för att utföra informationsbearbetning, som är helt annorlunda än klassisk datoranvändning, vilket gör det möjligt att lösa vissa problem i en mycket snabbare takt. High-fidelity-kvanttillståndsdrift i tillräckligt stora programmerbara qubit-utrymmen krävs för att uppnå "kvantfördelen."
Den konventionella metoden för att ändra kvanttillstånd använder pulsstyrning, som är känslig för brus och styrfel. Däremot kan adiabatisk evolution alltid hålla kvantsystemet i sitt egentillstånd. Den är robust mot ljud men kräver en viss tid.
Ett team från SANKEN använde STA-metoden för att kraftigt accelerera den adiabatiska utvecklingen av spin-qubits i grinddefinierade kvantprickar för första gången. Teorin de använde föreslogs av vetenskapsmannen Xi Chen och andra. "Vi använde den övergångslösa kvantkörningsstilen hos STA, vilket gjorde att systemet alltid kunde förbli i sitt ideala egentillstånd även under snabb utveckling", förklarar medförfattaren Takafumi Fujita.
Enligt målutvecklingen av spin-qubits, lägger denna grupps experiment till ytterligare en effektiv drivkraft för att undertrycka diabatiska fel, vilket garanterar en snabb och nästan idealisk adiabatisk utveckling.
De dynamiska egenskaperna undersöktes också och bevisade effektiviteten av denna metod. Dessutom kunde den modifierade pulsen efter optimering ytterligare undertrycka brus och förbättra effektiviteten för kvanttillståndskontroll.
Slutligen uppnådde denna grupp spin flip-trohet på upp till 97,8 %. Enligt deras uppskattning skulle accelerationen av adiabatisk passage vara mycket bättre i Si- eller Ge-kvantprickar med mindre kärnspinnbrus.
"Detta ger en snabb och högtrogen kvantkontrollmetod. Våra resultat kan också vara användbara för att påskynda annan adiabatisk passage i kvantprickar", säger motsvarande författare Akira Oiwa.
Som en lovande kandidat för kvantberäkning har gate-definierade kvantpunkter långa koherenstider och god kompatibilitet med den moderna halvledarindustrin. Teamet försöker hitta fler applikationer i gate-definierade kvantpricksystem, till exempel främjandet till fler spin qubits. De hoppas kunna hitta en enklare och mer genomförbar lösning för feltolerant bearbetning av kvantinformation med denna metod.
Mer information: Xiao-Fei Liu et al, Accelerated Adiabatic Passage of a Single Electron Spin Qubit in Quantum Dots, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.027002. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2312.13135
Tillhandahålls av Osaka University
