QEC a tre qubit e dispositivo a tre qubit basato su silicio. un. Schema del codice di correzione dell'errore quantistico a inversione di fase a tre qubit. Le porte CNOT a due qubit coinvolgono i tre qubit, quindi le porte Hadamard (H) ruotano la base del qubit per errori di inversione di fase. La decodifica è l'inverso della codifica. Infine, la correzione viene eseguita da una porta Toffoli a tre qubit. b. Immagine al microscopio elettronico a scansione del dispositivo. Barra della scala, 100 nm. I cancelli schermanti (marroni) servono a limitare il campo elettrico dei cancelli a stantuffo (verde) e barriera (viola). I tre cerchi (rosso, verde e blu) indicano la posizione dell'array a tre punti quantici. Un ulteriore punto quantico mostrato come il cerchio grigio viene utilizzato come sensore di carica. Le porte P1, P2, P3, B2 e B3 sono collegate a un generatore di forme d'onda arbitrarie per applicare impulsi di tensione veloci. L'impulso di controllo a microonde per la risonanza di spin del dipolo elettrico viene applicato al gate di schermatura inferiore. c, Sezione schematica del dispositivo. La linea nel pozzo quantico di silicio mostra il potenziale di confinamento schematico a triplo punto. J12 (J23) rappresenta l'accoppiamento di scambio più vicino tra Q1 e Q2 (Q2 e Q3). Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04986-6
I ricercatori di RIKEN in Giappone hanno compiuto un importante passo avanti verso il calcolo quantistico su larga scala dimostrando la correzione degli errori in un sistema di calcolo quantistico a tre qubit basato su silicio. Quest'opera, pubblicata su Natura , potrebbe aprire la strada al raggiungimento di computer quantistici pratici.
I computer quantistici sono oggi un'area di ricerca calda, poiché promettono di consentire di risolvere alcuni problemi importanti che sono intrattabili utilizzando i computer convenzionali. Usano un'architettura completamente diversa, usando gli stati di sovrapposizione che si trovano nella fisica quantistica piuttosto che i semplici bit binari a 1 o 0 usati nei computer convenzionali. Tuttavia, poiché sono progettati in un modo completamente diverso, sono molto sensibili al rumore ambientale e ad altri problemi, come la decoerenza, e richiedono la correzione degli errori per consentire loro di eseguire calcoli precisi.
Una sfida importante oggi è scegliere quali sistemi possono agire al meglio come "qubit", le unità di base utilizzate per eseguire calcoli quantistici. Diversi sistemi candidati hanno i propri punti di forza e di debolezza. Alcuni dei sistemi popolari oggi includono circuiti e ioni superconduttori, che hanno il vantaggio di essere stata dimostrata una qualche forma di correzione degli errori, consentendo loro di essere utilizzati effettivamente anche se su piccola scala. È noto che la tecnologia quantistica basata sul silicio, che ha iniziato a essere sviluppata solo nell'ultimo decennio, ha un vantaggio in quanto utilizza una nanostruttura a semiconduttore simile a quella comunemente usata per integrare miliardi di transistor in un piccolo chip, e quindi potrebbe sfruttare l'attuale tecnologia di produzione.
Tuttavia, uno dei principali problemi con la tecnologia basata sul silicio è la mancanza di tecnologia per la connessione degli errori. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato il controllo di due qubit, ma ciò non è sufficiente per la correzione degli errori, che richiede un sistema a tre qubit.
Nella ricerca attuale, condotta dai ricercatori del RIKEN Center for Emergent Matter Science e del RIKEN Center for Quantum Computing, il gruppo ha raggiunto questa impresa, dimostrando il pieno controllo di un sistema a tre qubit (uno dei più grandi sistemi di qubit in silicio), fornendo così per la prima volta un prototipo di correzione dell'errore quantistico in silicio. Hanno raggiunto questo obiettivo implementando una porta quantistica di tipo Toffoli a tre qubit.
Secondo Kenta Takeda, il primo autore dell'articolo, "l'idea di implementare un codice quantistico di correzione degli errori in punti quantici è stata proposta circa un decennio fa, quindi non è un concetto completamente nuovo, ma una serie di miglioramenti nei materiali, la fabbricazione del dispositivo e le tecniche di misurazione ci hanno permesso di riuscire in questo sforzo. Siamo molto felici di averlo raggiunto."
Secondo Seigo Tarucha, il leader del gruppo di ricerca, "il prossimo passo sarà aumentare la scalabilità del sistema. Pensiamo che la scalabilità verticale sia il passo successivo. Per questo, sarebbe bello lavorare con gruppi industriali dei semiconduttori in grado di produrre silicio dispositivi quantistici basati su larga scala." + Esplora ulteriormente
