降低硅量子点噪声提高计算精度

使用超纯晶体硅和micromagnets，RIKEN研究人员展示了增强的电气控制方向中的电子自旋在硅量子点的小盒子被称为内点。这种以99.9%精度操作量子逻辑门的方法，为大规模容错量子计算机的制造提供了一条诱人的途径。

量子比特，即量子比特，利用量子叠加态产生比传统半导体电路高得多的计算能力。电子自旋是这种量子比特的主要候选，它可以在类似于今天的计算设备的结构中实现。

执行运算操作的实际数字，这些自旋量子比特需要保持叠加的“上”和“下”的自旋方向的扩展－属性的同调性。不幸的是，这些自旋态对周围原子的磁噪声非常敏感，比如硅晶片上的磁噪声。

“在这种半导体器件、单电子通常是连接到成千上万的其他核，从而降低自旋相干，”解释的RIKEN应急物质科学中心的Jun Yoneda。“尽管硅中95%的核不干扰，剩余的核自旋是我们量子位的主要噪声源。”

在省吾tarucha组Yoneda和他的同事们正在寻求以减轻磁污染提高量子电路的性能。他们实现这一目标的一个方法是确保它们的硅晶片内的原子都是相同的同位素，它们的核里都有相同数量的中子。此过程将磁噪声源减至0.08%以下。然而，在超纯水样品旋转定向非常耗时，因为相干态的电磁环境，孤立。

直接旋转更有效，研究人员制备同位素纯硅量子点，然后用小micromagnets介绍具体的横向和垂直方向的点之间的磁场。通过沿磁场施加一系列相位校正的电脉冲，它们将控制硬件耦合到一个单电子自旋，并以每秒3000万次的速率切换其方向。量子比特逻辑门的实验揭示了新的自旋-电耦合过程将量子计算错误率降低到最低水平。

系统中的噪声来自charge-a发现与自旋相干之前观察的随机波动。“这很奇怪，因为一个单电子自旋比电的磁环境更敏感，”Yoneda说。“但它来自于增强的一致性和可控性，它指出未来的改进是通过使用既定的程序来降低电荷噪声。”