Onderzoekers hebben holonomische kwantumpoorten aangetoond onder nul-magnetisch veld bij kamertemperatuur, die de realisatie van snelle en fouttolerante universele kwantumcomputers mogelijk zouden maken.

Een kwantumcomputer is een theoretische machine met het potentieel om complexe problemen veel sneller op te lossen dan conventionele computers. Onderzoekers werken momenteel aan de volgende stap in kwantumcomputing:het bouwen van een universele kwantumcomputer.

De krant, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , rapporteert experimentele demonstratie van niet-adiabatische en niet-abelse holonomische kwantumpoorten over een geometrische spin-qubit op een elektronen- of stikstofkern, die de weg vrijmaakt voor het realiseren van een universele kwantumcomputer.

De geometrische fase is momenteel een belangrijk onderwerp in de kwantumfysica. Een holonomische kwantumpoort die puur de geometrische fase in het gedegenereerde grondtoestandsysteem manipuleert, wordt beschouwd als een ideale manier om een ​​fouttolerante universele kwantumcomputer te bouwen. De geometrische fasepoort of holonomische kwantumpoort is experimenteel aangetoond in verschillende kwantumsystemen, inclusief stikstof-leegstand (NV) centra in diamant. Echter, eerdere experimenten vereisten microgolven of lichtgolven om de niet-gedegenereerde subruimte te manipuleren, wat leidt tot de verslechtering van de poortgetrouwheid als gevolg van ongewenste interferentie van de dynamische fase.

"Om ongewenste interferentie te voorkomen, we gebruikten een gedegenereerde deelruimte van de triplet spin qutrit om een ​​ideale logische qubit te vormen, die we een geometrische spin-qubit noemen, in een NV-centrum. Deze methode maakte snelle en nauwkeurige geometrische poorten mogelijk bij een temperatuur onder 10 K, en de gate-fidelity werd beperkt door stralingsrelaxatie, " zegt corresponderende auteur professor Hideo Kosaka van Yokohama National University. "Op basis van deze methode, in combinatie met gepolariseerde microgolven, we zijn erin geslaagd de geometrische fase te manipuleren in een NV-centrum in diamant onder een magnetisch nulveld bij kamertemperatuur."

De groep demonstreerde ook een holonomische poort van twee qubits om universaliteit aan te tonen door de verstrengeling van elektronen en kernen te manipuleren. Het schema maakt een puur holonomische poort zonder dat er een energiekloof nodig is, die dynamische fase-interferentie zou hebben veroorzaakt om de poortgetrouwheid te verslechteren, en maakt zo snel, nauwkeurige controle over langlevend kwantumgeheugen, een stap in de richting van het realiseren van kwantumrepeaters die een interface vormen tussen universele kwantumcomputers en veilige communicatienetwerken.