Jeśli śledzisz wiadomości o komputerach kwantowych wystarczająco długo, może się wydawać, że każdy układ kwantowy, który może przełączać się między dwoma dobrze rozdzielonymi stanami energetycznymi, może być używany jako kubit. Atomy, jony, fotony, elektrony i wytwarzane urządzenia mają swoich zwolenników. Jedną z kluczowych rzeczy, która przyciąga zwolenników, jest zdolność technologii do skalowania. Będziemy potrzebować wielu wysokiej jakości kubitów, aby zacząć wykonywać złożone obliczenia, a zdolność każdej technologii do osiągnięcia tego jest przedmiotem debaty.

Tak więc, nawet gdy niektóre technologie mogą teraz obsługiwać tysiące kubitów, niektórzy konkurenci wciąż pracują nad małą garstką kubitów - stojące za nimi firmy są przekonane, że mają potencjał do bardziej efektywnego skalowania.

Jedna z tych technologii obejmuje kropki kwantowe, które utrzymują pojedynczy elektron. Ich zaletą jest to, że możemy je wytwarzać przy użyciu tej samej technologii, której używamy do budowy tradycyjnych procesorów, co jest podejściem, które okazało się skalowalne. W tym tygodniu ukazały się dwie nowe prace opisujące różne sposoby wykorzystania kropek kwantowych, z których jedna była na tyle atrakcyjna, że IBM kupił firmę, która ją opracowała. Osobno inna firma wypuściła procesor pokazujący 100 pojedynczych elektronów utrzymywanych w defektach diamentu, technologia, która nie była oczywista, że może skalować.

Pierwsza wiadomość pochodzi z publikacji w Nature z firmy o nazwie HRL Laboratories, będącej spadkobiercą programu badawczego uruchomionego przez Howarda Hughesa. HRL używa wytwarzanych kropek kwantowych, odrębnej technologii od kropek używanych w wyświetlaczach, chociaż opiera się na niektórych tych samych zasadach fizyki. Oba podejścia wykorzystują strukturę, która pułapkuje elektrony w obszarze mniejszym niż długość fali elektronu. W wyświetlaczach pozwala to kontrolować długość fali emitowanej przez materiał.

Dla kubitów pułapki są znacznie mniejsze i służą do utrzymania pojedynczego elektronu w miejscu. Co ważne, mogą być wytwarzane; przy odpowiednim okablowaniu oddziaływania elektromagnetyczne mogą uwięzić pojedynczy elektron w małym fragmencie krzemu. Po uwięzieniu spin elektronu, który może być w górę, w dół lub w superpozycji obu, może być używany jako kubit. Podczas gdy ta technologia może łatwo skalować - jesteśmy bardzo dobrzy w umieszczaniu okablowania w krzemie na dużą skalę - spiny elektronów są trudne do utrzymania w stabilności i są zazwyczaj kontrolowane za pomocą mikrofal, co wymaga oddzielnego systemu sterowania.

Ale „zazwyczaj” nie oznacza „zawsze”, a HRL opisuje inną technologię. Wymaga ona trzech oddzielnych kropek kwantowych, każda utrzymująca elektron, z otaczającą elektroniką kontrolującą, jak bardzo spiny tych trzech elektronów mogą oddziaływać. To jest kluczowe, ponieważ w pewnych warunkach żadne dwa elektrony nie mogą mieć tego samego spinu. To wyjaśnia, dlaczego orbitale atomowe wypełniają się w określony sposób, z każdym poziomem energetycznym utrzymującym tylko parę, jeden spin w górę, drugi w dół. Umożliwienie im oddziaływania może zmienić ich spiny.

Aby wykonywać operacje na tego rodzaju kubicie, wystarczy kontrolować, które elektrony oddziałują i w jakim stopniu. Jest to kontrolowane elektronicznie, co pozwala całkowicie wyeliminować mikrofale. Wszystko jest obsługiwane przez okablowanie, eliminując potrzebę wielu kabli mikrofalowych prowadzących do systemu chłodzenia, który utrzymuje sprzęt w pobliżu zera absolutnego.

HRL poświęca większość artykułu opisowi swojego systemu sterowania, który znajduje się na pośrednim poziomie chłodzenia i składa się z tradycyjnego procesora zoptymalizowanego do niskich temperatur i niskiego poboru mocy, zużywającego mniej niż 3,5 wata, mimo że jest wytwarzany w procesie 130 nm. Instrukcje do obsługi kubitów są kompilowane gdzie indziej, a następnie ładowane do kontrolera, po czym działa on autonomicznie. Komunikacja z chipem zawierającym kubity odbywa się za pomocą nadprzewodzącego kabla taśmowego.

System opisany przez HRL miał 18 kubitów, a firma uruchomiła na nim prosty kod korekcji błędów, demonstrując logiczną stopę błędów poniżej 1 procenta. To znacznie poniżej tego, co osiągnięto przy użyciu innych technologii, ale jest to ważna walidacja.