实现量子点阵列中基于自旋“翻滚”的量子逻辑门

　　荷兰代尔夫特理工年夜学的研究团队应用离散旌旗灯号胜利成立量子节制，完成了“翻腾”的自旋量子比特（即自旋正在跳跃的同时还产生了扭转），简化了节制电子设备需要，并具备99.97%的单比特门保真度以及99.3%的双比特门保真度。该研究无望正在年夜范围体系中经由过程低功耗节制完成高保真量子计较，向容错量子计较迈出了要害一步。该结果于7月25日颁发于《迷信》杂志。

　　© Science 研究论文以《用跳跃自旋操作半导体量子处置惩罚器(Operating semiconductor quantum processors with hopping spins)》为题颁发于《迷信》杂志

　　基于量子点的量子比特被以为是无望完成量子计较机的一个潜正在线路，是以正在寰球规模内遭到了普遍研究。最经常使用的要领是捕捉单个电子，并施加脚够年夜的磁场，从而许可正在电子的自旋上编码量子比特，并经由过程微波旌旗灯号举行节制。只管这类要领被用于履行高保真量子门，但其可扩大性遭到高频振荡旌旗灯号集成、量子比特串扰以及加热惹起退相关等的应战。

　　然而，代尔夫特研究团队证实微波旌旗灯号没有是必须的，基带旌旗灯号以及小磁场就脚以完成通用量子比特节制。如许将可以显著简化将来量子处置惩罚器运转所需的节制电子设备。

　　研究团队开创性地应用了锗（锗/硅锗异质结资料）基量子点，正在此前的事情中初次察看到锗量子点的自旋扭转的迹象，标明锗量子点可以用作自旋量子比特跳跃的平台[Nature Co妹妹unications 15, 5716 (2024)]。

　　自旋量子比特的跳跃造成了量子门，并与芯片上的其余自旋量子比特配对。Credit: Studio Oostrum for QuTech

　　正在本研究中，团队完成了基于翻腾的自旋量子比特操控，即自旋正在量子点之间跳跃的同时还产生了扭转。凡是，量子点阵列中的每一个自旋都有其公用的位点，它们可以跳跃到相近未被占领的位点上。半导体锗则有一个奇特的特征:只需从一个位点跳到另外一个位点，自旋就会履历一个扭矩，使其量子轴标的目的扭转。这一特征使研究职员可以或许有用地节制量子比特。

　　论文的第一作者Chien-An Wang指出：“锗的上风正在于，它可以正在没有同的量子点中让自旋沿没有同的标的目的摆列。”事实证实，经由过程正在如许的量子点之间自旋跳跃，可以制备出很是好的量子比特。“咱们丈量到，单量子比特门的不对率小于千分之一，双量子比特门的不对率小于百分之一。”

　　正在四量子点体系中成立了对两个自旋的节制之后，研究团队又向前迈进了一步，研究了自旋正在多个量子点之间跳跃。没有同量子点之间的自旋跳跃也会发生奇特的扭转。是以，形容以及懂得这些扭转操作的多样性是很重要的。

　　论文的合著者Francesco Borsoi增补说：“咱们成立了节制程序，可以将自旋跳跃到10个量子点构成的阵列中的任何一个量子点，这使咱们可以或许探测扩大体系中的要害量子比特指标。”

　　论文通信作者之一Menno Veldhorst说：“正在一年内，这类基于跳跃带来的量子比特扭转节制成了整个团队应用的一种新东西。咱们以为，为将来量子计较机的运转开发有用的节制方案相当重要，这类新要领颇有出路。”

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado5915

报导链接：

https://phys.org/news/2024-07-somersaulting-qubits-universal-quantum-logic.html