Однако основная трудность при разработке квантовых компьютеров заключается в том, что они очень чувствительны к внешнему шуму, что делает исправление ошибок критически важным. До сих пор исследователям удалось разработать одноэлектронные спины в кремниевых квантовых точках с длительным временем хранения информации и высокоточными квантовыми операциями, но квантовые неразрушающие измерения – ключ к эффективному исправлению ошибок – оказались труднодостижимыми. Обычный метод считывания спинов одиночных электронов в кремнии заключается в преобразовании спинов в заряды, которые можно быстро обнаружить, но, к сожалению, процесс обнаружения влияет на спин электрона.
Теперь, в исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда RIKEN достигла таких неразрушающих измерений.
Ключевой вывод, позволивший группе добиться прогресса, заключался в использовании модели взаимодействия типа Изинга – модели ферромагнетизма, которая рассматривает, как электронные спины соседних атомов выравниваются, что приводит к образованию ферромагнетизма во всей решетке. По сути, они могли передавать информацию о спине – вверх или вниз – электрона в КТ другому электрону в соседней КТ, используя взаимодействие типа Изинга в магнитном поле, а затем могли измерять спин соседа, используя обычным методом, чтобы они могли оставить первоначальный спин нетронутым и могли проводить многократные и быстрые измерения соседнего объекта.
«Благодаря этому, – объясняет директор группы Сейго Таруча, возглавлявший исследовательскую группу, – мы смогли добиться 99% точности показаний без сноса, а с помощью повторных измерений можно было получить точность считывания 95%. Мы также показали, что теоретически это может быть увеличено до 99.6%, и планируем продолжить работу по достижению этого уровня."
Он продолжает: «Это очень интересно, потому что, если мы сможем объединить нашу работу с высокоточными одно- и двухкубитными вентилями, которые в настоящее время разрабатываются, мы потенциально могли бы построить множество отказоустойчивых систем квантовой обработки информации, используя кремниевая платформа с квантовыми точками."
Работа была выполнена учеными из Центра науки о возникающих веществах RIKEN вместе с сотрудниками из Университета Нового Южного Уэльса и Токийского технологического института.