Onderzoekers van RIKEN in Japan hebben een grote stap gezet in de richting van grootschalige quantum computing door foutcorrectie aan te tonen in een drie-qubit op silicium gebaseerd quantumcomputersysteem. Dit werk, gepubliceerd in Nature , zou de weg kunnen effenen naar het bereiken van praktische kwantumcomputers.

Kwantumcomputers zijn tegenwoordig een hot gebied van onderzoek, omdat ze beloven het mogelijk te maken om bepaalde belangrijke problemen op te lossen die hardnekkig zijn met conventionele computers. Ze gebruiken een compleet andere architectuur, waarbij ze superpositietoestanden gebruiken die in de kwantumfysica worden gevonden in plaats van de eenvoudige 1 of 0 binaire bits die in conventionele computers worden gebruikt. Omdat ze echter op een geheel andere manier zijn ontworpen, zijn ze erg gevoelig voor omgevingsgeluid en andere zaken, zoals decoherentie, en vereisen ze een foutcorrectie om nauwkeurige berekeningen te kunnen maken.

Een belangrijke uitdaging vandaag is om te kiezen welke systemen het beste kunnen fungeren als "qubits" - de basiseenheden die worden gebruikt om kwantumberekeningen te maken. Verschillende kandidaat-systemen hebben hun eigen sterke en zwakke punten. Sommige van de populaire systemen van tegenwoordig bevatten supergeleidende circuits en ionen, die het voordeel hebben dat een of andere vorm van foutcorrectie is aangetoond, waardoor ze daadwerkelijk in gebruik kunnen worden genomen, zij het op kleine schaal. Op silicium gebaseerde kwantumtechnologie, die pas in het afgelopen decennium is ontwikkeld, staat bekend als een voordeel omdat het een halfgeleider-nanostructuur gebruikt die vergelijkbaar is met wat gewoonlijk wordt gebruikt om miljarden transistors in een kleine chip te integreren, en zou daarom profiteer van de huidige productietechnologie.

Een groot probleem met de op silicium gebaseerde technologie is echter dat er een gebrek is aan technologie voor foutverbinding. Onderzoekers hebben eerder de controle over twee qubits aangetoond, maar dat is niet genoeg voor foutcorrectie, waarvoor een systeem van drie qubits nodig is.

In het huidige onderzoek, uitgevoerd door onderzoekers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science en het RIKEN Center for Quantum Computing, heeft de groep deze prestatie geleverd, door volledige controle aan te tonen over een drie-qubit-systeem (een van de grootste qubit-systemen in silicium), daarmee een prototype voor de eerste keer van kwantumfoutcorrectie in silicium. Ze bereikten dit door een drie-qubit Toffoli-type kwantumpoort te implementeren.

Volgens Kenta Takeda, de eerste auteur van het artikel, "werd het idee om een ​​kwantumfoutcorrigerende code in kwantumstippen te implementeren ongeveer tien jaar geleden voorgesteld, dus het is geen geheel nieuw concept, maar een reeks verbeteringen in materialen, apparaatfabricage en meettechnieken hebben ons in staat gesteld om in dit streven te slagen. We zijn erg blij dat we dit hebben bereikt."

Volgens Seigo Tarucha, de leider van de onderzoeksgroep, zal hun "volgende stap zijn om het systeem op te schalen. We denken dat opschalen de volgende stap is. Daarvoor zou het leuk zijn om samen te werken met groepen in de halfgeleiderindustrie die silicium kunnen produceren -gebaseerde kwantumapparaten op grote schaal." + Verder verkennen

Er is een verstrengelde toestand van drie qubits gerealiseerd in een volledig controleerbare reeks spin-qubits in silicium