Silikon spin kübitleri uzun zamandır kuantum bilişimin umut vadeden başarılı aktörleri olmuştur: bugünün bilgisayar çiplerini üreten aynı yarı iletken yöntemleriyle imal edilebilirler, bu da teknoloji dünyasında zaten sahip olduğunuz bir takım elbiseyle smokinli bir etkinliğe gelmek gibi bir şey. İşin püf noktası, elbette, aynı anda birden fazla kübiti kontrol etmeye çalıştığınızda işlemlerinin daha az doğru hale gelmesi - kedileri gütmeye benzer bir durum, tabii kediler atom altıysa ve beklenmedik şekilde faz kaymasına eğilimliyse. Pratik, büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar inşa etmek, hataları en aza indirirken aynı anda birçok kübiti kontrol etmeyi gerektirir; bu da alanın uzun süredir devam eden "evet, ama nasıl?" sorunudur.

RIKEN Acil Madde Bilimi Merkezi'ndeki araştırmacılar ve işbirlikçileri şimdi bunu çözmeye yönelik önemli bir ilerleme kaydettiler. Nature Physics'te yayımlanan bir çalışmada ekip, aynı anda çalışan birkaç silikon spin kübitinin son derece doğru kontrolünü gösterdi. Deneylerinde, ortak bir mikrodalga kontrol hattına bağlı beş kübitlik bir dizi kullandılar - çünkü görünüşe göre kuantum bitleri bile iyi bir ortak kaynağın verimliliğini takdir ediyor. Eşzamanlı çalışma sırasındaki hataların başlıca nedenini belirleyen bilim insanları, bu hataları azaltacak ve hassasiyeti koruyacak bir teknik geliştirdiler; böylece kübitlerinize sahip olup onları kontrol edebileceğinizi de kanıtladılar.

Deneyleri yöneten ve ortak ilk yazar olan RIKEN araştırma bilimcisi Leon Camenzind, bunun önemini şöyle açıkladı: "Bu, birkaç kübit aynı anda çalıştırılsa bile yüksek sadakatli kontrolün sürdürülebileceğini gösteriyor ve silikon tabanlı kuantum işlemcilerin ölçeklendirilmesine yönelik önemli bir adımı temsil ediyor." Bu, bilim insanı dilinde "bunu başardık ve bu büyük bir olay" demek.

Bilgiyi 0 veya 1'i temsil eden bitler olarak saklayan geleneksel bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar her iki durumun kombinasyonlarında var olabilen kuantum bitleri veya kübitler kullanır - çünkü temelde işe yarar bir şekilde kararsız olabiliyorken neden birini seçesiniz ki? Silikon spin kübitleri bu bilgiyi silikon içinde hapsedilmiş tek tek elektronların spini kullanarak saklar. Güvenilir kuantum hesaplamaları yapmak, bu elektron spinleri üzerinde son derece hassas kontrol gerektirir; ki bu, kuantumun küçük çocuklarla dolu bir oda karşılığıyla uğraşırken söylemesi kolay yapması zor bir şeydir.

Mikrodalga sinyalleri bu kontrolü sağlar, ancak birden fazla kübiti aynı anda çalıştırmak doğruluklarını bozan istenmeyen etkiler yaratabilir. Araştırmacılar bu sorunun büyük bir kısmını AC Stark kayması adı verilen bir olguya kadar izledi. Bu etki, mikrodalga kontrol sinyalleri bir kübitin etkin enerji seviyelerini değiştirdiğinde, kuantum durumunun fazında değişiklikler ürettiğinde ortaya çıkar. Bu faz kaymaları, özellikle birkaçı aynı anda kontrol edilirken, tek tek kübitlerin amaçlanan işleyişini bozabilir - kuantum mutfağında çok fazla aşçı olmasının klasik bir örneği.

Sorunu dengelemek için ekip, bu istenmeyen kaymaları telafi eden bir kalibrasyon yöntemi oluşturdu. Her olası kübit kombinasyonunu ayrı ayrı kalibre etmek yerine - ki bu kombinatoryal bir kabus olurdu - teknik, kübit çiftleri arasında yapılan kalibrasyonlara dayanır. Bu, yaklaşımı daha fazla sayıda kuantum biti içeren sistemler için daha pratik hale getirir. "Her olası kübit kombinasyonu için tamamen ayrı bir kalibrasyon prosedürü gerektirmek yerine, yöntemimiz istenmeyen faz kaymalarını telafi etmek için kübit çiftleri arasındaki kalibrasyonları kullanır," diye açıklıyor deneyleri doktora araştırmasının bir parçası olarak gerçekleştiren ilk yazar Yi-Hsien Wu. Başka bir deyişle, aynı sıkıcı görevi sonsuza kadar yapmaktan kaçınmanın bir yolunu buldular; bu hem verimlilik hem de Wu'nun akıl sağlığı için bir kazanç.

Araştırmacılar kalibrasyon tekniklerini geliştirilmiş bir cihaz tasarımıyla birleştirdi ve mikrodalga kontrol darbelerini dikkatlice ayarladı. Sonuçları, birden fazla kübit aynı anda çalıştırılsa bile olağanüstü yüksek doğruluğun korunabileceğini gösterdi.