وضع فريق من الباحثين في هولندا عددًا قياسيًا من كيوبتات السيليكون الدورانية على شريحة. من خلال الجمع بين مجموعة برامج معيارية متطورة وإجراءات معايرة فعالة وتصنيع جهاز موثوق ، أظهر الباحثون أنه يمكنهم تشغيل الشريحة الجديدة المكونة من ستة كيوبت بدقة عالية ، مما يمهد الطريق لأعداد كيوبت أكبر في الأجهزة القائمة على السيليكون.
على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية لها مزايا عديدة من حيث المبدأ على نظيراتها التقليدية ، إلا أن العديد من هذه المزايا لن تتحقق إلا عندما تتمكن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من العمل بمليون كيوبت على الأقل. توجد العديد من منصات الكيوبت الواعدة ، بما في ذلك الكيوبتات فائقة التوصيل والأيونات المحاصرة والمنصات الضوئية ، وقد أثبت الباحثون حتى الآن أنه يمكنهم التحكم في ما بين بضع عشرات إلى بضع مئات من الكيوبتات ، اعتمادًا على النظام الأساسي. في كل حالة ، على الرغم من ذلك ، فإن أحد العوامل الرئيسية التي تمنع الباحثين من زيادة أعداد الكيوبتات هو أن الكيوبتات يمكن أن تتفكك (تفقد طبيعتها الكمومية) وتصبح خاضعة للحديث المتبادل من الكيوبتات القريبة. تؤثر كلتا العمليتين على جودة النظام بأكمله.
تمتلك كيوبتات أشباه الموصلات مثل دوران السيليكون بطاقة عالية مهمة في لعبة منصة كيوبت: هم يمكن إنتاجه بكميات كبيرة مثل رقائق الكمبيوتر العادية. هذه القابلية للتوسع تجعلهم مرشحًا واعدًا لبناء كمبيوتر كمي واسع النطاق ، كما أن الجودة العالية ، أو الدقة ، للعمليات التي تتضمن كيوبتات سليكونية مفردة أو أزواج من الكيوبتات (99.9٪) هي ميزة أخرى.
ومع ذلك ، فقد ثبت أن تشغيل أعداد أكبر من كيوبتات السيليكون الدوارة بهذه الدقة العالية أمر صعب لأن دوران الإلكترون حساس للغاية. هذا يعني أنه في حين تم إظهار عمليات كيوبت مختلفة (بما في ذلك التهيئة والقراءة) بشكل فردي بدقة عالية ، فإن دمجها يعني التضحية بأمانة العملية الكاملة.
إلى المستوى التالي
تتغلب شريحة السيليكون الجديدة التي صنعها باحثون في QuTech (تعاون بين جامعة دلفت للتكنولوجيا و TNO) على بعض هذه التحديات السابقة. بالإضافة إلى الاحتفاظ برقم قياسي مكون من ستة كيوبتات مغزلية موضوعة في مصفوفة نقاط كمومية خطية ، تشتمل الرقاقة أيضًا على نقطتين كميتين للاستشعار للتحكم والقراءة الفردية والعالمية. بالإضافة إلى ذلك ، طبق الباحثون مجموعة من البروتوكولات التي تهدف إلى الحفاظ على دقة عالية ، مثل إجراءات المعايرة الآلية وبرنامج معالجة الإشارات بعد التحديد لتقليل الأخطاء.
ما يميز هذه النتيجة عن المحاولات السابقة هو أن عملية تهيئة الكيوبت - أي وضع جميع الكيوبتات في حالة البداية المرغوبة - تجمع بين قياسات حالة الدوران والتغذية الراجعة في الوقت الفعلي. يتمتع هذا المخطط بميزة عدم الاعتماد على عملية أبطأ بكثير تسمى الحرارية ، حيث يتم "إعادة ضبط" الكيوبتات بوضعها في حالتها الأساسية. علاوة على ذلك ، فإن كل كيوبت مغزلي يعمل بإلكترون واحد ولا يتطلب الوصول إلى "خزانات" إلكترونية لجلب خزانات جديدة. هذا يجعل عملياتهم أسرع ، مما يعني أنه يمكن إكمال العمليات قبل بدء فك الترابط.
أثبت الباحثون الجودة العالية لجهازهم من خلال إظهار الدقة بنسبة 99.9٪ في العمليات التي تتضمن بوابات أحادية الكيوبت. تمت الإشارة إلى دقة البوابة المكونة من 89 كيوبت من خلال إعداد حالات كمومية خاصة تُعرف باسم حالات بيل بدقة 95-XNUMX٪ عبر المصفوفة - وهي نتيجة أظهرت بوضوح تأثير البروتوكولات المتقدمة للفريق.
الخطوة التالية: العمليات المتزامنة
الباحثين ليفين فاندرسيبين، الذي شارك في تأليف بحث باللغة الطبيعة بإيجاز العمل ، يقول إن الخطوة التالية للفريق ستكون إجراء عمليات متزامنة على الكيوبتات ، مما سيسمح بإجراء المزيد من العمليات قبل أن تصبح تأثيرات فك الترابط كبيرة جدًا. يخطط أيضًا لتنفيذ خوارزميات كمومية على المعالج ، ويعمل الفريق بالفعل على مصفوفات النقاط الكمومية ذات البعدين ، بالإضافة إلى طرق لربط مصفوفتين من النقاط الكمومية عبر رابط كمي على الرقاقة.
كيوبتات السليكون المصنّعة على نطاق صناعي
سيلفانو دي فرانشيسكي، الباحث في CEA في غرونوبل بفرنسا والذي لم يشارك في هذا العمل ، يصفه بأنه "قوي جدًا ومقنع". ويضيف أن تحقيق سجل مكون من ستة كيوبت يعد خطوة مهمة نحو زيادة أعداد الكيوبت في السيليكون ، ويقول إن بروتوكولات الباحثين كانت مفيدة في تحقيق دقة عالية لعمليات واحد أو اثنين كيوبت. ومع ذلك ، فإنه يشير أيضًا إلى أن إجراء مثل هذه العمليات في نظام أولي مكون من XNUMX كيوبت لا يماثل القيام بذلك في مصفوفة كيوبت ، لأن الأخير "يتطلب أكثر من الناحية الفنية". أخيرًا ، يشير إلى أن البحث يسلط الضوء على قضايا مهمة مثل الحاجة إلى فهم وتعويض تأثيرات التسخين المرتبطة بتشغيل مصفوفة سبين-كيوبت.
