Квантовые компьютеры сегодня являются горячей областью исследований, поскольку они обещают сделать возможным решение определенных важных проблем, которые неразрешимы с помощью обычных компьютеров. Они используют совершенно другую архитектуру, используя состояния наложения, найденные в квантовой физике, а не простые двоичные биты 1 или 0, используемые в обычных компьютерах. Однако, поскольку они сконструированы совершенно по-другому, они очень чувствительны к шуму окружающей среды и другим проблемам, таким как декогеренция, и требуют исправления ошибок, чтобы позволить им выполнять точные вычисления.

Одной из важных задач сегодня является выбор того, какие системы могут наилучшим образом действовать в качестве “кубитов” - базовых единиц, используемых для выполнения квантовых вычислений. Различные системы-кандидаты имеют свои собственные сильные и слабые стороны. Некоторые из популярных сегодня систем включают сверхпроводящие схемы и ионы, преимущество которых заключается в том, что была продемонстрирована некоторая форма исправления ошибок, позволяющая их реально использовать, хотя и в небольших масштабах. Квантовая технология на основе кремния, которая только начала разрабатываться в течение последнего десятилетия, как известно, имеет преимущество в том, что она использует полупроводниковую наноструктуру, подобную той, что обычно используется для интеграции миллиардов транзисторов в небольшой чип, и, следовательно, может использовать преимущества современной технологии производства.

Однако одна из основных проблем, связанных с технологией на основе кремния, заключается в том, что отсутствует технология для подключения с ошибками. Исследователи ранее продемонстрировали управление двумя кубитами, но этого недостаточно для исправления ошибок, для чего требуется трехкубитная система.

В текущем исследовании, проведенном исследователями из RIKEN Center for Emergent Matter Science и RIKEN Center for Quantum Computing, группа достигла этого подвига, продемонстрировав полный контроль над трехкубитной системой (одной из крупнейших кубитных систем в кремнии), тем самым впервые предоставив прототип квантовой исправление ошибок в кремнии. Они достигли этого, внедрив квантовый вентиль типа Тоффоли с тремя кубитами.

По словам Кенты Такеды, первого автора статьи, “идея реализации квантового кода с исправлением ошибок в квантовых точках была предложена около десяти лет назад, так что это не совсем новая концепция, но ряд улучшений в материалах, изготовлении устройств и методах измерения позволили нам добиться успеха в этом начинании. Мы очень рады, что добились этого”.

По словам Сейго Таручи, руководителя исследовательской группы, “Нашим следующим шагом будет расширение системы. Мы считаем, что расширение масштабов - это следующий шаг. Для этого было бы неплохо поработать с группами полупроводниковой промышленности, способными производить квантовые устройства на основе кремния в больших масштабах.