Een groep wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science in Japan is erin geslaagd herhaalde metingen te doen van de spin van een elektron in een silicium quantum dot (QD) zonder daarbij de spin te veranderen. Dit type "niet-sloop"-meting is belangrijk voor het maken van kwantumcomputers die fouttolerant zijn. Kwantumcomputers zouden het gemakkelijker maken om bepaalde soorten berekeningen uit te voeren, zoals veeldeeltjesproblemen, die uiterst moeilijk en tijdrovend zijn voor conventionele computers. Eigenlijk, het gaat om het meten van een kwantumwaarde die nooit in een enkele staat is zoals een conventionele transistor, maar in plaats daarvan bestaat het als een 'gesuperponeerde toestand' - op dezelfde manier waarop men niet kan zeggen dat Schrödinger's beroemde kat levend of dood is totdat het wordt waargenomen. Door dergelijke systemen te gebruiken, het is mogelijk om berekeningen uit te voeren met een qubit die een superpositie is van twee waarden, en bepaal vervolgens statistisch wat het juiste resultaat is. Kwantumcomputers die enkelvoudige elektronenspins gebruiken in silicium QD's worden als aantrekkelijk gezien vanwege hun potentiële schaalbaarheid en omdat silicium al op grote schaal wordt gebruikt in de elektronicatechnologie.

De grootste moeilijkheid bij het ontwikkelen van kwantumcomputers, echter, is dat ze erg gevoelig zijn voor externe ruis, foutcorrectie kritisch maken. Tot dusver, onderzoekers zijn erin geslaagd enkele elektronspins te ontwikkelen in silicium QD's met een lange informatieretentietijd en zeer nauwkeurige kwantumwerking, maar quantum niet-sloopmeting - een sleutel tot effectieve foutcorrectie - is ongrijpbaar gebleken. De conventionele methode voor het uitlezen van enkele elektronspins in silicium is om de spins om te zetten in ladingen die snel kunnen worden gedetecteerd, maar helaas, de elektronenspin wordt beïnvloed door het detectieproces.

Nutsvoorzieningen, in onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het RIKEN-team heeft een dergelijke niet-sloopmeting bereikt. Het belangrijkste inzicht dat de groep in staat stelde om vooruitgang te boeken, was het gebruik van het Ising-type interactiemodel - een model van ferromagnetisme dat kijkt hoe de elektronenspins van naburige atomen worden uitgelijnd, wat leidt tot de vorming van ferromagnetisme in het hele rooster. Eigenlijk, ze waren in staat om de spin-informatie - omhoog of omlaag - van een elektron in een QD over te dragen naar een ander elektron in de naburige QD met behulp van de Ising-type interactie in een magnetisch veld, en kon vervolgens de spin van de buurman meten met behulp van de conventionele methode, zodat ze de oorspronkelijke spin onaangetast konden laten, en kon herhaalde en snelle metingen van de buurman uitvoeren.

"Door dit, " legt Groepsdirecteur Seigo Tarucha uit, die de onderzoeksgroep leidde, "We waren in staat om een ​​niet-sloop-getrouwheidspercentage van 99% te bereiken, en door herhaalde metingen te gebruiken, zou een uitleesnauwkeurigheid van 95% worden bereikt. We hebben ook aangetoond dat theoretisch, dit kan worden verhoogd tot 99,6%, en zijn van plan door te gaan met werken om dat niveau te bereiken."

Hij gaat door, "Dit is heel spannend, want als we ons werk kunnen combineren met high-fidelity enkel- en twee-qubit poorten, die momenteel worden ontwikkeld, we zouden mogelijk een verscheidenheid aan fouttolerante kwantuminformatieverwerkingssystemen kunnen bouwen met behulp van een silicium-quantum-dot-platform."