В работе, опубликованной в Physical Review Letters, Исследователи из Института научных и промышленных исследований Университета Осаки (SANKEN) использовали метод «сокращенного пути к адиабатичности (STA)», чтобы значительно ускорить адиабатическую эволюцию спиновых кубитов. Точность переворота спина после оптимизации импульса может достигать 97.8% в квантовых точках GaAs. Эта работа может быть применима к другим адиабатическим процессам и может быть полезна для быстрого и высокоточного квантового контроля.
Квантовый компьютер использует суперпозицию состояний «0» и «1» для обработки информации, что полностью отличается от классических вычислений, что позволяет решать определенные проблемы гораздо быстрее. Для достижения «квантового преимущества» требуется высокоточная работа квантового состояния в достаточно больших программируемых пространствах кубитов.
Традиционный метод изменения квантовых состояний использует импульсное управление, чувствительное к шумам и ошибкам управления. Напротив, адиабатическая эволюция всегда может сохранять квантовую систему в ее собственном состоянии. Он устойчив к шумам, но требует определенного времени.
Команда из SANKEN впервые использовала метод STA, чтобы значительно ускорить адиабатическую эволюцию спиновых кубитов в квантовых точках с заданными вентилями. Теорию, которую они использовали, предложили учёный Си Чен и другие. «Мы использовали беспереходный стиль квантового управления STA, что позволяет системе всегда оставаться в своем идеальном собственном состоянии даже при быстрой эволюции», — объясняет соавтор Такафуми Фудзита.
-
Переход спинового состояния в условиях быстрой адиабатической эволюции с (красная пунктирная линия) и без (синяя пунктирная линия) ускорением. Фото: Сяо-Фей Лю и др.
-
Ускорение адиабатического прохождения. Фото: Сяо-Фей Лю и др.
В соответствии с целевой эволюцией спиновых кубитов, эксперимент этой группы добавляет еще один эффективный стимул для подавления диабатических ошибок, который гарантирует быструю и почти идеальную адиабатическую эволюцию.
Также были исследованы динамические свойства и доказана эффективность этого метода. Кроме того, модифицированный импульс после оптимизации смог дополнительно подавить шумы и повысить эффективность управления квантовым состоянием.
Наконец, эта группа достигла точности спин-флип до 97.8%. По их оценкам, ускорение адиабатического прохождения было бы намного лучше в квантовых точках Si или Ge с меньшим ядерным спиновым шумом.
«Это обеспечивает быстрый и высокоточный метод квантового контроля. Наши результаты также могут быть полезны для ускорения других адиабатических процессов в квантовых точках», — говорит автор-корреспондент Акира Оива.
Будучи многообещающим кандидатом для квантовых вычислений, квантовые точки с заданными вентилями имеют длительное время когерентности и хорошую совместимость с современной полупроводниковой промышленностью. Команда пытается найти больше применений в системах квантовых точек с заданными вентилями, например, для увеличения количества спиновых кубитов. Они надеются найти более простое и осуществимое решение для отказоустойчивой обработки квантовой информации с помощью этого метода.