Различные материалы могут быть использованы для производства кубитов, квантового аналога бита классического компьютера, но никто не знает, какой материал окажется наилучшим для создания крупномасштабного квантового компьютера. На сегодняшний день были проведены лишь небольшие демонстрации кремниевых квантовых чипов с высококачественными операциями с кубитами. Теперь исследователи из QuTech во главе с проф. Ливен Вандерсипен (Lieven Vandersypen) создал шестикубитный чип из кремния, который работает с низкой частотой ошибок. Это важный шаг на пути к созданию отказоустойчивого квантового компьютера с использованием кремния.

Чтобы создать кубиты, отдельные электроны помещаются в линейный массив из шести "квантовых точек", расположенных на расстоянии 90 нанометров друг от друга. Массив квантовых точек выполнен в кремниевом чипе со структурами, которые очень напоминают транзистор - обычный компонент в каждом компьютерном чипе. Квантово-механическое свойство, называемое спином, используется для определения кубита с его ориентацией, определяющей логическое состояние 0 или 1. Команда использовала тонко настроенное микроволновое излучение, магнитные поля и электрические потенциалы, чтобы контролировать и измерять спин отдельных электронов и заставлять их взаимодействовать друг с другом.

"Задача квантовых вычислений сегодня состоит из двух частей", - объяснил первый автор г-н Стефан Филипс. "Разработка кубитов достаточно хорошего качества и разработка архитектуры, которая позволяет создавать большие системы кубитов. Наша работа подпадает под обе категории. И поскольку общая цель создания квантового компьютера требует огромных усилий, я думаю, будет справедливо сказать, что мы внесли свой вклад в правильном направлении ".

Спин электрона - это тонкое свойство. Незначительные изменения в электромагнитной среде приводят к колебаниям направления вращения, и это увеличивает частоту ошибок. Команда QuTech, опираясь на свой предыдущий опыт разработки квантовых точек, разработала новые методы подготовки, контроля и считывания спиновых состояний электронов. Используя это новое расположение кубитов, они могли бы создавать логические элементы и запутывать системы из двух или трех электронов по требованию.

Квантовые массивы с более чем 50 кубитами были созданы с использованием сверхпроводящих кубитов. Однако именно глобальная доступность кремниевой инженерной инфраструктуры дает кремниевым квантовым устройствам обещание более легкого перехода от исследований к промышленности. Кремний создает определенные инженерные проблемы, и до этой работы команды QuTech в кремнии можно было создавать только массивы объемом до трех кубитов без ущерба для качества.

"Эта статья показывает, что при тщательном проектировании можно увеличить количество кремниевых спиновых кубитов, сохраняя при этом ту же точность, что и для одиночных кубитов. Ключевой строительный блок, разработанный в этом исследовании, может быть использован для добавления еще большего количества кубитов в следующих итерациях исследования", - сказал соавтор доктор Матеуш Мадзик.

"В этом исследовании мы расширяем границы количества кубитов в кремнии и достигаем высокой точности инициализации, высокой точности считывания, высокой точности однокубитового затвора и высокой точности двухкубитового состояния", - сказал профессор. Вандерсипен. "Однако что действительно выделяется, так это то, что мы демонстрируем все эти характеристики вместе в одном эксперименте на рекордном количестве кубитов".