Дві групи дослідників незалежно продемонстрували кубіти на основі кремнієвих квантових точок, що працюють при температурі вище одного кельвіна. Одна з груп також реалізувала універсальну квантову логіку на своєму двокубітному процесорі. При таких температурах твердотільні квантові обчислення стають простими і, головне, дешевими. Обидві роботи опубліковано в журналі (1, 2).
Квантові комп'ютери здатні перевершити свої класичні аналоги в багатьох завданнях, від симуляцій складних молекул до розкладання великих чисел на прості множники. Однак для вирішення корисних завдань необхідно контролювати мільйони кубітів, що може виявитися серйозною інженерною проблемою. Багатообіцяючі надпровідники і квантові точки працюють при температурі десятки мілікельвін, а кожен кубіт управляється окремою лінією. При збільшенні кількості кубітів зростає і складність контролюючої системи, яка, в свою чергу, нагріває процесор і руйнує когерентність квантової системи. На жаль, сучасні охолоджувальні пристрої, кріостати розчинення, не здатні впоратися з такою кількістю тепла: на температурах близько мілікельвінів охолоджувальна здатність криостатів дуже низька.
Одне з можливих рішень криється в збільшенні робочої температури кубітів до декількох кельвінів, що дозволить використовувати чистий гелій, який набагато дешевше суміші, використовуваної в кріостатах розчинення. Більш того, чистий гелій володіє набагато більш високою охолоджувальною потужністю.
Дві групи фізиків під керівництвом професора Дзурака (A. S. Dzurak) і професора Вельдхорста (M. Veldhorst) продемонстрували кубити на основі квантових точок у кремнії, що працюють при температурі вище одного кельвіна.
Група професора Дзурака змогла дуже добре ізолювати свій кубіт від зовнішніх шумів, що і дозволила підняти робочу температуру до 1.5 кельвін з невеликими втратами в когерентності.
В експерименті фізики використовували два кубіти в квантових точках. Один з кубітів використовувався для логічних операцій, а інший застосовувався для неінвазивного вимірювання. Обидва кубіти контролювалися мікрохвильовими полями.
Надійність однокубітних операцій, котру вчені промірювали за допомогою осціляцій Рабі, склала 99,7 відсотка, а час когерентності 12 мікросекунд при температурі 40 мілікельвін. Збільшення температури до 1,5 кельвін призвело до зменшення надійності до 98,6 відсотків, а когерентності до 2 мікросекунд.
Група професора Дзурака не досліджувала один важливий аспект універсальних квантових обчислень - двокубітні операції, необхідні для створення квантової заплутаності. Група професора Вельдхорста використовувала таку ж схему з двома кремнієвими квантовими точками і змогла реалізувати однокубітні, двокубітні операції та зчитування при температурі 1,1 кельвін.
Для початку група Вельдхорста підтвердила, що їх кубіти володіють достатньою когерентністю при температурі 1,1 кельвін, а також вивчила надійність однокубітних операцій. Фізикам вдалося досягти часу когерентності в 2 мікросекунди і надійності 99,3 відсотка.
Потім фізики включили обмінну взаємодію між кубітами, яка повністю контролювалася за допомогою мікрохвильових полів. Для оцінки надійності двокубітних операцій вчені використовували випадкові оператори з алгебри Кліффорда. Середня надійність двокубітних операцій склала 86,1 відсоток при температурі 1,1 кельвін. Також фізики вивчили вплив обмінної взаємодії на когерентність системи при різних температурах. У результаті вчені дійшли висновку, що реалізована взаємодія практично не впливає на час когерентності кубітів.
Раніше ми писали як фізики вперше провели неруйнівний високодобротний вимір кубіту в квантовій точці. Більше про кубіти і квантові комп'ютери читайте в нашому матеріалі «Квантова абетка».