В кремниевых спиновых кубитах информация кодируется в спине электрона, удерживаемого в кремниевой подложке. С помощью микроволновых сигналов этими спинами можно управлять, чтобы выполнять квантовые операции. Поскольку полноценный квантовый компьютер должен осуществлять множество таких операций одновременно, ему необходимо надежное параллельное управление.

Команда ученых из научно-исследовательского института RIKEN спроектировала опытное устройство с пятью кремниевыми кубитами, управляемыми посредством единого микроволнового канала. Благодаря оптимизированной конструкции и тщательно откалиброванным микроволновым импульсам точность выполнения однокубитовых операций для каждого из пяти кубитов превысила 99,99%, причем для лучшего из них этот показатель приблизился к 99,999%.

Точность (фиделити) характеризует, насколько корректно и надежно выполняется квантовая операция. При использовании нового протокола этот показатель оставался выше 99,99% даже в тех случаях, когда одновременно работали до трех кубитов. При одновременной работе всех пяти кубитов показатели точности оставались на уровне примерно 99,9% — это близко к практическим требованиям для отказоустойчивых квантовых вычислений, задача которых — обеспечить надежность вычислений, несмотря на возникающие ошибки.

Исследователи установили, пишет Scitech Daily, что одной из основных причин потери точности при параллельных операциях является штарковский сдвиг в переменном поле (AC Stark shift) — эффект, возникающий под воздействием микроволновых управляющих сигналов. Для устранения этих сдвигов ученые применили метод калибровки, способный охватить большое количество кубитов без необходимости отдельного тестирования каждой возможной их комбинации.

«Устраняя один из основных источников ошибок управления посредством попарной калибровки, — сказал Леон Каменцинд, один из соавторов статьи, — наше исследование подтверждает, что использование общих линий управления — это практичный подход к масштабированию квантовых процессоров. Учитывая, что кремний совместим с уже существующими технологиями производства полупроводников, мы полагаем, что это достижение поможет проложить путь к созданию более крупных квантовых процессоров, способных выполнять всё более сложные вычисления».

На днях процессор Willow продемонстрировал 40-кратное снижение количества ошибок при подготовке специализированных квантовых состояний. Метод «культивации магических состояний» позволил достичь логической точности на уровне 99,99% за счет создания высокоточных квантовых состояний, необходимых для выполнения сложных вычислений.