에 발표된 작품에서 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters) 오사카대학교 과학산업연구소(SANKEN)의 연구원들은 "단열성 지름길(STA)" 방법을 사용하여 스핀 큐비트의 단열 진화 속도를 크게 높였습니다. 펄스 최적화 후 스핀 플립 충실도는 GaAs 양자점에서 97.8%까지 높을 수 있습니다. 이 작업은 다른 단열 통로에도 적용할 수 있으며 빠르고 충실도가 높은 양자 제어에 유용할 수 있습니다.
양자 컴퓨터는 '0'과 '1' 상태의 중첩을 사용해 정보 처리를 수행하는데, 이는 기존 컴퓨팅과 완전히 다르므로 특정 문제를 훨씬 빠른 속도로 해결할 수 있습니다. "양자 이점"을 달성하려면 프로그래밍 가능한 충분히 큰 큐비트 공간에서 충실도가 높은 양자 상태 작업이 필요합니다.
양자 상태를 변경하는 기존 방법은 노이즈 및 제어 오류에 민감한 펄스 제어를 사용합니다. 대조적으로, 단열 진화는 양자 시스템을 항상 고유 상태로 유지할 수 있습니다. 소음에 강하지만 일정 시간이 필요합니다.
SANKEN 팀은 STA 방법을 사용하여 처음으로 게이트 정의 양자점에서 스핀 큐비트의 단열 진화를 크게 가속화했습니다. 그들이 사용한 이론은 과학자 Xi Chen 등이 제안한 것입니다. 공동저자인 후지타 타카후미(Takafumi Fujita)는 “우리는 STA의 전환 없는 양자 구동 스타일을 사용하여 시스템이 급속한 진화 속에서도 항상 이상적인 고유 상태를 유지할 수 있도록 했습니다.”라고 설명합니다.
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가속도가 있는(빨간색 점선) 및 없는(파란색 점선) 급속 단열 진화 하에서 스핀 상태의 통과. 출처: Xiao-Fei Liu 외.
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단열 통과의 가속. 출처: Xiao-Fei Liu 외.
스핀 큐비트의 목표 진화에 따르면, 이 그룹의 실험은 단열 오류를 억제하기 위한 또 다른 효과적인 구동을 추가하여 빠르고 거의 이상적인 단열 진화를 보장합니다.
동적 특성도 조사되어 이 방법의 효율성이 입증되었습니다. 또한 최적화 후 수정된 펄스는 잡음을 더욱 억제하고 양자 상태 제어의 효율성을 향상시킬 수 있었습니다.
마지막으로 이 그룹은 최대 97.8%의 스핀 플립 충실도를 달성했습니다. 그들의 추정에 따르면, 단열 통과의 가속은 핵 스핀 잡음이 적은 Si 또는 Ge 양자점에서 훨씬 더 좋을 것입니다.
“이것은 빠르고 충실도가 높은 양자 제어 방법을 제공합니다. 우리의 결과는 양자점의 다른 단열 통과를 가속화하는 데에도 유용할 수 있습니다.”라고 해당 저자인 Akira Oiwa는 말했습니다.
양자 컴퓨팅의 유망한 후보인 게이트 정의 양자점은 일관성 시간이 길고 현대 반도체 산업과의 호환성이 좋습니다. 팀은 더 많은 스핀 큐비트에 대한 프로모션과 같이 게이트 정의 양자점 시스템에서 더 많은 응용 프로그램을 찾으려고 노력하고 있습니다. 그들은 이 방법을 사용하여 내결함성 양자 정보 처리를 위한 더 간단하고 실현 가능한 솔루션을 찾기를 희망합니다.