Nel lavoro pubblicato in Physical Review Letters I ricercatori dell'Istituto di ricerca scientifica e industriale (SANKEN) dell'Università di Osaka hanno utilizzato il metodo "scorciatoie per l'adiabaticità (STA)" per accelerare notevolmente l'evoluzione adiabatica degli spin qubit. La fedeltà dell'inversione dello spin dopo l'ottimizzazione degli impulsi può raggiungere il 97.8% nei punti quantici di GaAs. Questo lavoro potrebbe essere applicabile ad altri passaggi adiabatici e potrebbe essere utile per un controllo quantistico veloce e ad alta fedeltà.
Un computer quantistico utilizza la sovrapposizione degli stati “0” e “1” per eseguire l’elaborazione delle informazioni, cosa completamente diversa dal calcolo classico, consentendo così la soluzione di alcuni problemi a una velocità molto più rapida. Per ottenere il “vantaggio quantistico” è necessario il funzionamento dello stato quantico ad alta fedeltà in spazi qubit programmabili sufficientemente ampi.
Il metodo convenzionale per modificare gli stati quantistici utilizza il controllo degli impulsi, che è sensibile ai rumori e agli errori di controllo. Al contrario, l’evoluzione adiabatica può sempre mantenere il sistema quantistico nel suo autostato. È resistente ai rumori ma richiede un certo tempo.
Un team di SANKEN ha utilizzato per la prima volta il metodo STA per accelerare notevolmente l’evoluzione adiabatica dei qubit di spin in punti quantici definiti dal gate. La teoria utilizzata è stata proposta dallo scienziato Xi Chen e altri. «Abbiamo utilizzato lo stile di guida quantistica senza transizione di STA, consentendo così al sistema di rimanere sempre nel suo autostato ideale anche in caso di rapida evoluzione», spiega il coautore Takafumi Fujita.
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Il passaggio dello stato di spin in rapida evoluzione adiabatica con (linea tratteggiata rossa) e senza (linea tratteggiata blu) accelerazione. Credito: Xiao-Fei Liu et al.
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L'accelerazione del passaggio adiabatico. Credito: Xiao-Fei Liu et al.
Secondo l'evoluzione target degli spin qubit, l'esperimento di questo gruppo aggiunge un altro fattore efficace per sopprimere gli errori diabatici, che garantisce un'evoluzione adiabatica rapida e quasi ideale.
Sono state studiate anche le proprietà dinamiche e si è dimostrata l'efficacia di questo metodo. Inoltre, l’impulso modificato dopo l’ottimizzazione è stato in grado di sopprimere ulteriormente i rumori e migliorare l’efficienza del controllo dello stato quantistico.
Infine, questo gruppo ha raggiunto una fedeltà di spin flip fino al 97.8%. Secondo le loro stime, l’accelerazione del passaggio adiabatico sarebbe molto migliore nei punti quantici di Si o Ge con meno rumore di spin nucleare.
“Ciò fornisce un metodo di controllo quantistico veloce e ad alta fedeltà. I nostri risultati potrebbero anche essere utili per accelerare altri passaggi adiabatici nei punti quantici”, afferma l’autore corrispondente Akira Oiwa.
Essendo un candidato promettente per l'informatica quantistica, i punti quantici definiti dal gate hanno tempi di coerenza lunghi e una buona compatibilità con la moderna industria dei semiconduttori. Il team sta cercando di trovare più applicazioni nei sistemi di punti quantici definiti da gate, come la promozione a più spin qubit. Sperano di trovare una soluzione più semplice e fattibile per l'elaborazione delle informazioni quantistiche con tolleranza agli errori utilizzando questo metodo.