I ricercatori hanno dimostrato porte quantistiche olonome sotto un campo magnetico zero a temperatura ambiente, che potrebbe consentire la realizzazione di computer quantistici universali veloci e tolleranti ai guasti.

Un computer quantistico è una macchina teorica con il potenziale per risolvere problemi complessi molto più velocemente dei computer convenzionali. I ricercatori stanno attualmente lavorando al prossimo passo nell'informatica quantistica:costruire un computer quantistico universale.

La carta, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , riporta la dimostrazione sperimentale di porte quantistiche olonome non adiabatiche e non abeliane su un qubit di spin geometrico su un nucleo di elettroni o azoto, che apre la strada alla realizzazione di un computer quantistico universale.

La fase geometrica è attualmente una questione chiave nella fisica quantistica. Si ritiene che una porta quantistica olonomica che manipola puramente la fase geometrica nel sistema dello stato fondamentale degenerato sia un modo ideale per costruire un computer quantistico universale tollerante ai guasti. La porta di fase geometrica o porta quantistica olonomica è stata dimostrata sperimentalmente in diversi sistemi quantistici, compresi i centri di azoto vacante (NV) nel diamante. Però, precedenti esperimenti richiedevano microonde o onde luminose per manipolare il sottospazio non degenerato, portando al degrado della fedeltà del gate a causa di interferenze indesiderate della fase dinamica.

"Per evitare interferenze indesiderate, abbiamo usato un sottospazio degenere del qutrit di spin di tripletta per formare un qubit logico ideale, che chiamiamo qubit di spin geometrico, in un centro NV. Questo metodo ha facilitato porte geometriche veloci e precise a una temperatura inferiore a 10 K, e la fedeltà del cancello era limitata dal rilassamento radiativo, ", afferma l'autore corrispondente, il professor Hideo Kosaka della Yokohama National University. "Sulla base di questo metodo, in combinazione con microonde polarizzate, siamo riusciti a manipolare la fase geometrica in un centro NV in diamante sotto un campo magnetico zero a temperatura ambiente."

Il gruppo ha anche dimostrato una porta olonomica a due qubit per mostrare l'universalità manipolando l'entanglement elettrone-nucleo. Lo schema rende un cancello puramente olonomico senza richiedere un gap energetico, che avrebbe indotto un'interferenza di fase dinamica a degradare la fedeltà del gate, e quindi consente una rapida, controllo preciso sulla memoria quantistica di lunga durata, un passo avanti verso la realizzazione di ripetitori quantistici che si interfacciano tra computer quantistici universali e reti di comunicazione sicure.