پیشرفت غیرمنتظره محاسبات کوانتومی: درهم‌تنیدگی سه کیوبیت چرخشی به دست آمده در سیلیکون

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۶ سپتامبر ۲۰۲۱
لینک منبع: Quantum Computing Breakthrough: Entanglement of Three Spin Qubits Achieved in Silicon

یک حالت درگیر سه کیوبیتی در آرایه کاملا قابل‌کنترل از کیوبیت‌های چرخشی در سیلیکون به دست آمده‌است.

تیم all-RIKEN تعداد کیوبیت‌های چرخشی پایه سیلیکونی را افزایش داده‌است که می‌تواند از دوتا سه گره بخورد و پتانسیل کیویبت‌های چرخشی برای تحقق الگوریتم‌های کوانتومی چند کیوبیتی را نشان می‌دهد.

کامپیوترهای کوانتومی این پتانسیل را دارند که هنگام انجام انواع خاصی از محاسبات، کامپیوترهای معمولی را در گرد و غبار قرار دهند. آن‌ها براساس بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت هستند، معادل کوانتومی بیت‌هایی که کامپیوترهای معمولی استفاده می‌کنند.

اگرچه نسبت به برخی تکنولوژی‌های کیوبیت دیگر بلوغ کمتری دارند، اما حباب‌های کوچک سیلیکون که به عنوان نقاط کوانتومی سیلیکون شناخته می‌شوند، خواص متعددی دارند که آن‌ها را برای شناخت کیوبیت‌ها بسیار جذاب می‌سازد. این موارد شامل زمان‌های انسجام طولانی، کنترل الکتریکی با دقت بالا، عملیات دمای بالا و پتانسیل زیاد برای مقیاس‌پذیری است. با این حال، برای اتصال مفید چند کیوبیت اسپینی بر پایه سیلیکون، بسیار مهم است که قادر باشیم بیش از دو کیوبیت را به هم متصل کنیم، دستاوردی که تا به حال از فیزیک‌دانان فرار کرده بود.

سیگو تاروچا و پنج همکار دیگر، که همگی در مرکز علم ماده اضطراریRIKEN هستند، اکنون یک آرایه سه کیوبیتی را در سیلیکون با صحت بالا آغاز و اندازه‌گیری کرده‌اند (احتمال اینکه کیوبیت در حالت مورد انتظار باشد). آن‌ها همچنین سه کیوبیت درگیر در یک دستگاه را با هم ترکیب کردند.

این نمایش اولین گام به سمت گسترش قابلیت‌های سیستم‌های کوانتومی براساس کیوبیت‌های اسپینی است. تاروچا توضیح می‌دهد: «عملیات دو کیوبیت برای انجام محاسبات منطقی بنیادی به اندازه کافی خوب است.» «اما یک سیستم سه کیوبیتی حداقل واحد برای افزایش مقیاس و اجرای اصلاح خطا است.»

ابزار این تیم متشکل از یک نقطه کوانتومی سه‌گانه بر روی هتروساختار سیلیکون/سیلیکون-ژرمانیم بوده و از طریق دروازه‌های آلومینیومی کنترل می‌شود. هر نقطه کوانتومی می‌تواند میزبان یک الکترون باشد که حالت‌های اسپین بالا و اسپین پایین آن یک کیوبیت را رمزگذاری می‌نمایند. یک آهن‌ربا روی تراشه یک گرادیان میدان مغناطیسی تولید می‌کند که فرکانس‌های رزونانس سه کیوبیت را از هم جدا می‌کند، به طوری که آن‌ها می‌توانند به طور جداگانه مورد خطاب قرار گیرند.

محققان ابتدا دو کیوبیت را با پیاده‌سازی یک گیت دو کیوبیت درگیر کردند- یک مدار کوانتومی کوچک که بلوک سازنده دستگاه‌های محاسبات کوانتومی را تشکیل می‌دهد. سپس آن‌ها با ترکیب سومین کیوبیت و دروازه، در هم تنیدگی سه کیوبیت را تشخیص دادند. حالت سه کیوبیتی حاصل، حال بازدهی قابل ملاحظه‌ای برابر با ۸۸٪ داشت و در حالت گیرافتاده بود که می‌تواند برای تصحیح خطا مورد استفاده قرار گیرد.

این نمایش تنها آغاز یک دوره بلند پروازانه از تحقیقات است که منجر به یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ می‌شود. تاروچا می‌گوید: «ما قصد داریم اصلاح خطای اولیه را با استفاده از دستگاه سه کیوبیت و ساخت دستگاه‌هایی با ده کیوبیت یا بیشتر نشان دهیم.» «سپس قصد داریم ۵۰ تا ۱۰۰ کیوبیت ایجاد کنیم و پروتکل‌های تصحیح خطای پیچیده‌تری را پیاده‌سازی کنیم، که راه را برای یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ در طول یک دهه هموار می‌کند.»

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله فیزیک کوانتومی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.