Исследователи из RIKEN Center for Emergent Matter Science и их коллеги достигли значимого шага в решении проблемы устойчивости управляемости несколькими квбитами на кремниевых спинах. В работе, опубликованной в Nature Physics, продемонстрирована высокая точность управления несколькими кремниевыми спиновыми квбитами, которые работают одновременно и подключены к общей линии управления микроволнами. При этом учёные идентифицировали главную причину ошибок при параллельной работе и разработали метод калибровки, снижающий эти ошибки и сохраняя точность."

Основной механизм ошибок оказался связан с феноменом AC Stark shift: влияние управляющих микроволн на эффективность энергии квбитов, что вызывает фазовые сдвиги в их квантовом состоянии. Такие сдвиги могут нарушать работу отдельных квбитов особенно при одновременной эксплуатации нескольких элементов. Ученые сосредоточили внимание на компенсации этих нежелательных сдвигов посредством новой калибровочной методики, построенной на калибровках между парами квбитов, а не для каждой возможной комбинации элементов.

Делая шаг вперёд, команда объединила разработанную калибровку с улучшенной конструкцией устройства и точной настройкой импульсов микроволн. В результате five-квбитное тестирование показало, что отдельные квборы достигали одиночной-фиделити выше 99,99%, при максимуме ближе к 99,999%. При испытании параллельной работы трёх квбитов точность сохранялась выше 99,99%, а при контроле сразу всех пяти квбитов — около 99,9%, что приближает показатели к требованиям для практических fault-tolerant квантовых вычислений."

Несмотря на значительный прогресс, метод калибровки не устранил все ошибки: оставшееся снижение точности связано с drive-induced decoherence, вызванным увеличением мощности микроволн при одновременной работе нескольких квбитов. В отличие от нежелательных фазовых сдвигов, декогеренция затрагивает саму сохранность квантовой когерентности, необходимой для надёжных операций."

По словам Леона Камензинда, выполнения экспериментов показало, что «контроль высокой точности можно поддерживать даже тогда, когда несколько квбитов работают одновременно, и это важный этап к масштабированию кремниевых квантовых процессоров». Исследователь подчеркивает перспективность подхода «общих управляющих линий» и совместимости кремниевых квантовых чипов с существующим производственным базисом полупроводников. Он также отмечает, что дальнейшее улучшение дизайна устройств может снизить влияние decoherence и в итоге помочь построить более крупные квантовые процессоры."

Общий контекст исследования подчеркивает цель создания устойчивых к ошибкам квантовых компьютеров. В рамках проекта под JST Moonshot Goal 6 Seigo Tarucha указывает на долгосрочную задачу — «построить fault-tolerant квантовый компьютер на основе кремниевых спин-квбитов» и считает, что надёжный параллельный контроль является важным шагом к ней."