在硅中完全可控的自旋量子位阵列中实现了三量子位纠缠态

一个全 RIKEN 团队将可以纠缠的硅基自旋量子位的数量从两个增加到三个，突出了自旋量子位在实现多量子位量子算法方面的潜力。在执行某些类型的计算时，量子计算机有可能让传统计算机束手无策。它们基于量子位或量子位，即传统计算机使用的位的量子等价物。

虽然比其他一些不太成熟的量子技术，微小的斑点硅被称为硅量子点具有几个特性，使得其实现量子位极具吸引力。这些包括长相干时间、高保真电气控制、高温操作和可扩展性的巨大潜力。然而，为了有效地连接几个基于硅的自旋量子位，能够纠缠两个以上的量子位是至关重要的，这一成就直到现在还没有被物理学家所忽视。

Seigo Tarucha 和 RIKEN 紧急物质科学中心的五位同事现在已经初始化并测量了硅中的三量子位阵列，具有高保真度(量子位处于预期状态的概率)。他们还将三个纠缠的量子位组合在一个设备中。

该演示是扩展基于自旋量子位的量子系统能力的第一步。“双量子位操作足以执行基本的逻辑计算，”Tarucha 解释说。“但三量子位系统是扩大和实施纠错的最小单位。”

该团队的设备由硅/硅-锗异质结构上的三重量子点组成，并通过铝门进行控制。每个量子点可以容纳一个电子，其自旋向上和自旋向下状态编码一个量子位。片上磁铁产生磁场梯度，将三个量子位的共振频率分开，以便它们可以单独寻址。

研究人员首先通过实现一个双量子位门来纠缠两个量子位——一个构成量子计算设备构建块的小型量子电路。然后他们通过结合第三个量子位和门实现了三量子位纠缠。由此产生的三量子位状态具有 88% 的非常高的状态保真度，并且处于可用于纠错的纠缠状态。

这个演示只是一个雄心勃勃的研究过程的开始，该研究导致大规模量子计算机。“我们计划使用三量子位设备演示原始错误校正，并制造具有十个或更多量子位的设备，”Tarucha 说。“然后我们计划开发 50 到 100 个量子位并实施更复杂的纠错协议，为十年内大规模量子计算机铺平道路。”