Un nuovo progresso nella scalabilità dei qubit basati su punti quantici a semiconduttore è stato raggiunto dai ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina. Il professor GUO Guoping con i suoi collaboratori, XIAO Ming, LI Haiou e CAO Gang, progettato e fabbricato un processore quantistico con sei punti quantici, e dimostrato sperimentalmente il controllo quantistico della porta di Toffoli. Questa è la prima realizzazione della porta Toffoli in un sistema di punti quantici a semiconduttore, che motiva ulteriori ricerche sul processore quantistico a semiconduttore su larga scala. Il rapporto, intitolato "Operazioni quantistiche controllate di un sistema a tre qubit a semiconduttore, " è stato pubblicato in Revisione fisica applicata .

La fabbricazione, la manipolazione e il ridimensionamento dei qubit basati su punti quantici a semiconduttore sono le tecnologie di base più importanti per i chip quantistici a semiconduttore scalabili. Il gruppo del professor GUO Guoping mira a padroneggiare queste tecnologie ed è stato dedicato a questo settore per molto tempo. Prima della dimostrazione del cancello a tre qubit, hanno realizzato un controllo universale ultraveloce dei qubit di carica basato su punti quantici di semiconduttori nel 2013 e hanno raggiunto la rotazione controllata di due qubit di carica nel 2015.

Il gate Toffoli è un'operazione a tre qubit che ha cambiato lo stato di un qubit target condizionato dallo stato di due qubit di controllo. Può essere utilizzato per il calcolo classico reversibile universale, e forma anche un insieme universale di porte qubit nel calcolo quantistico insieme a una porta Hadamard. Per di più, è un elemento chiave negli schemi di correzione degli errori quantistici. L'implementazione del gate Toffoli con solo operazioni a uno e due qubit richiede sei porte NON controllate e 10 operazioni a qubit singolo.

Di conseguenza, un Toffoli gate a passo singolo può ridurre drasticamente il numero di operazioni quantistiche, che può rompere il limite del tempo di coerenza e migliorare l'efficienza del calcolo quantistico. I ricercatori del gruppo di Guo hanno scoperto che l'architettura a sei punti quantici a forma di T con aperture tra i qubit di controllo e il qubit target può rafforzare l'accoppiamento tra qubit con funzione diversa e minimizzarlo tra qubit con la stessa funzione. Questo soddisfa bene le esigenze del cancello Toffoli. Utilizzando questa architettura con impulsi ad alta frequenza ottimizzati, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta la porta Toffoli in un sistema di punti quantici a semiconduttore, che getta una solida base per processori quantistici a semiconduttore scalabili.