Onderzoekers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China hebben een nieuwe vooruitgang geboekt in het opschalen van op kwantumdots gebaseerde halfgeleiders. Professor GUO Guoping met zijn medewerkers, XIAO Ming, LI Haiou en CAO Gang, ontwierp en fabriceerde een kwantumprocessor met zes kwantumdots, en experimenteel aangetoonde kwantumcontrole van de Toffoli-poort. Dit is de eerste realisatie van de Toffoli-poort in een halfgeleider kwantumpuntsysteem, dat motiveert verder onderzoek naar grootschalige halfgeleider kwantumprocessors. Het verslag, getiteld "Controlled Quantum Operations of a Semiconductor Three-Qubit System, " werd gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast .

de fabricage, manipulatie en schaling van op kwantumdots gebaseerde halfgeleiders zijn de belangrijkste kerntechnologieën voor schaalbare kwantumchips voor halfgeleiders. De groep van professor GUO Guoping streeft ernaar deze technologieën onder de knie te krijgen en is al lange tijd toegewijd aan dit gebied. Voorafgaand aan de demonstratie van de drie-qubit-poort, ze realiseerden in 2013 ultrasnelle universele controle van ladingsqubits op basis van halfgeleiderkwantumdots en bereikten de gecontroleerde rotatie van twee ladingsqubits in 2015.

De Toffoli-poort is een bewerking van drie qubits die de status van een doel-qubit veranderde op basis van de status van twee controle-qubits. Het kan worden gebruikt voor universele omkeerbare klassieke berekening, en vormt ook een universele set qubit-poorten in kwantumberekening samen met een Hadamard-poort. Verder, het is een sleutelelement in kwantumfoutcorrectieschema's. Implementatie van de Toffoli-poort met alleen enkele en twee-qubit-bewerkingen vereist zes gecontroleerde-NIET-poorten en 10 enkele-qubit-bewerkingen.

Als resultaat, een enkelstaps Toffoli-poort kan het aantal kwantumbewerkingen drastisch verminderen, die de limiet van coherentietijd kan doorbreken en de efficiëntie van kwantumcomputing kan verbeteren. Onderzoekers van Guo's groep ontdekten dat de T-vormige zes-quantum-dot-architectuur met openingen tussen controle-qubits en de doel-qubit de koppeling tussen qubits met verschillende functies kan versterken en deze tussen qubits met dezelfde functie kan minimaliseren. Dit voldoet goed aan de eisen van de Toffoli poort. Door gebruik te maken van deze architectuur met geoptimaliseerde hoogfrequente pulsen, de onderzoekers demonstreerden voor het eerst de Toffoli-poort in een halfgeleider kwantumpuntsysteem, waarmee een solide basis wordt gelegd voor schaalbare kwantumprocessors voor halfgeleiders.