In werk gepubliceerd in Physical Review Letters onderzoekers van het Instituut voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek (SANKEN) van de Universiteit van Osaka gebruikten de methode “de snelkoppelingen naar de adiabaticiteit (STA)” om de adiabatische evolutie van spinqubits aanzienlijk te versnellen. De spin-flip-getrouwheid na pulsoptimalisatie kan oplopen tot 97.8% in GaAs-kwantumdots. Dit werk kan van toepassing zijn op andere adiabatische passages en kan nuttig zijn voor snelle en hoogwaardige kwantumcontrole.
Een kwantumcomputer gebruikt de superpositie van “0”- en “1”-toestanden om informatieverwerking uit te voeren, wat totaal anders is dan bij klassiek computergebruik, waardoor de oplossing van bepaalde problemen veel sneller mogelijk wordt. Om het ‘kwantumvoordeel’ te bereiken is high-fidelity kwantumstatusoperatie in programmeerbare qubit-ruimten nodig die groot genoeg zijn.
De conventionele methode voor het veranderen van kwantumtoestanden maakt gebruik van pulsbesturing, die gevoelig is voor ruis en besturingsfouten. Daarentegen kan adiabatische evolutie het kwantumsysteem altijd in zijn eigentoestand houden. Het is bestand tegen geluiden, maar vereist een bepaalde tijdsduur.
Een team van SANKEN gebruikte de STA-methode om voor het eerst de adiabatische evolutie van spinqubits in poortgedefinieerde kwantumdots enorm te versnellen. De theorie die ze gebruikten werd voorgesteld door de wetenschapper Xi Chen en anderen. “We gebruikten de transitieloze kwantumaandrijfstijl van STA, waardoor het systeem zelfs onder snelle evolutie altijd in zijn ideale eigentoestand kon blijven”, legt co-auteur Takafumi Fujita uit.
-
De passage van de spintoestand onder snelle adiabatische evolutie met (rode stippellijn) en zonder (blauwe stippellijn) versnelling. Krediet: Xiao-Fei Liu et al.
-
De versnelling van de adiabatische passage. Krediet: Xiao-Fei Liu et al.
Volgens de doelevolutie van spinqubits voegt het experiment van deze groep nog een effectieve stimulans toe om diabatische fouten te onderdrukken, wat een snelle en bijna ideale adiabatische evolutie garandeert.
Ook de dynamische eigenschappen werden onderzocht en bewezen de effectiviteit van deze methode. Bovendien was de gewijzigde puls na optimalisatie in staat om geluiden verder te onderdrukken en de efficiëntie van de kwantumtoestandscontrole te verbeteren.
Uiteindelijk bereikte deze groep een spin-flip-getrouwheid van maximaal 97.8%. Volgens hun inschatting zou de versnelling van de adiabatische passage veel beter zijn in Si- of Ge-kwantumdots met minder nucleaire spinruis.
“Dit biedt een snelle en betrouwbare kwantumcontrolemethode. Onze resultaten kunnen ook nuttig zijn om andere adiabatische passages in kwantumdots te versnellen”, zegt corresponderende auteur Akira Oiwa.
Als veelbelovende kandidaat voor kwantumcomputers hebben poortgedefinieerde kwantumdots lange coherentietijden en goede compatibiliteit met de moderne halfgeleiderindustrie. Het team probeert meer toepassingen te vinden in poortgedefinieerde quantum dots-systemen, zoals de promotie naar meer spin-qubits. Ze hopen met deze methode een eenvoudiger en beter haalbare oplossing te vinden voor fouttolerante kwantuminformatieverwerking.