Om du följer kvantdatornyheter tillräckligt länge kan det börja verka som att vilket kvantsystem som helst som kan växla mellan två väl separerade energitillstånd kan användas som en qubit. Atomer, joner, fotoner, elektroner och tillverkade enheter har alla sina förespråkare. En av de viktigaste sakerna som lockar förespråkare är teknikens förmåga att skalas upp. Vi kommer att behöva många högkvalitativa qubits för att börja göra komplexa beräkningar, och varje tekniks förmåga att ta oss dit är föremål för debatt.

Så även om vissa teknologier nu kan stödja tusentals qubits, arbetar vissa konkurrenter fortfarande med en handfull qubits – företagen bakom dem är övertygade om att de har potential att skalas mer effektivt.

En av dessa teknologier involverar kvantprickar som håller en enda elektron. Deras fördel är att vi kan tillverka dem med samma teknik som vi använder för att bygga traditionella processorer, en metod som har visat sig vara skalbar. Denna vecka såg vi två nya artiklar som beskriver olika sätt att använda kvantprickar, varav ett var tillräckligt lockande för att IBM skulle köpa företaget som utvecklade det. Separat har ett annat företag släppt en processor som visar 100 individuella elektroner som hålls i diamantdefekter, en teknik som inte var uppenbart skalbar.

Den första nyheten kommer från en publikation i Nature från ett företag som heter HRL Laboratories, ättlingen till forskningsprogrammet som startades av Howard Hughes. HRL använder tillverkade kvantprickar, en distinkt teknik från prickarna som används i skärmar, även om den bygger på några av samma fysikprinciper. Båda metoderna använder en struktur som fångar elektroner i ett område som är mindre än elektronens våglängd. I skärmar möjliggör detta kontroll av den våglängd som materialet avger.

För qubits är fällorna mycket mindre och tjänar till att hålla en enda elektron på plats. Avgörande är att de kan tillverkas; med rätt kablage kan elektromagnetiska interaktioner fånga en enda elektron i en liten fläck av kisel. Väl fångad kan elektronens spinn, som kan vara upp, ner eller en superposition av de två, användas som en qubit. Även om denna teknik lätt kan skalas – vi är mycket bra på att placera kablage i kisel i stor skala – är elektronspinn svåra att hålla stabila och styrs vanligtvis via mikrovågor, vilket kräver ett separat styrsystem.

Men ”vanligtvis” betyder inte ”alltid”, och HRL beskriver en annan teknik. Den kräver tre separata kvantprickar, var och en med en elektron, med omgivande elektronik som styr hur mycket spinnen hos dessa tre elektroner kan interagera. Det är avgörande eftersom, under vissa förhållanden, kan inga två elektroner ha samma spinn. Detta förklarar varför atomorbitaler fylls som de gör, med varje energinivå som rymmer bara ett par, en spin-up, den andra spin-down. Att låta dem interagera kan ändra deras spinn.

För att utföra operationer på denna typ av qubit behöver du bara kontrollera vilka elektroner som interagerar och i vilken utsträckning. Det styrs elektroniskt, vilket gör att vi kan eliminera mikrovågor helt. Allt hanteras via kablage, vilket eliminerar behovet av många mikrovågsförande kablar in i kylsystemet som håller hårdvaran nära absoluta nollpunkten.

HRL ägnar mycket av artikeln åt att beskriva sitt styrsystem, som sitter på en mellannivå av kylning och består av en traditionell processor optimerad för låg temperatur och låg effekt, som förbrukar mindre än 3,5 watt trots att den är tillverkad på en 130 nm-process. Instruktioner för att styra qubits kompileras någon annanstans, laddas sedan in i styrenheten, varefter den arbetar autonomt. Kommunikation med chippet som håller qubits hanteras av en supraledande bandkabel.

Systemet som HRL beskriver hade 18 qubits, och företaget körde en enkel felkorrigeringskod på det, vilket visade en logisk felfrekvens på mindre än 1 procent. Det är långt under vad som har uppnåtts med annan teknik, men det är en viktig validering.