Intel e QuTech testam Qubits "quentes" de alta fidelidade para sistemas quânticos práticos

A Intel Corporation criou um fluxo de fabricação de qubit giratório em sua tecnologia de processo de 300 mm usando wafers isotopicamente puros como este. (Crédito: Walden Kirsch/Intel Corporation)
O estudo também destacou o controle individual coerente de dois qubits com fidelidade de qubit individual de até 99,3%. As descobertas destacam o potencial de controles criogênicos de um futuro sistema quântico e qubits de rotação de silício, que se assemelham a um único transistor de elétron, para se unirem em um pacote integrado.
“O estudo representa um avanço significativo em nossa pesquisa sobre qubits de spin de silício. Dada sua semelhança com os transistores que a Intel fabrica há mais de 50 anos, acreditamos serem candidatos promissores para alimentar sistemas quânticos em escala comercial. Nossa demonstração de qubits quentes capazes de operar em temperaturas mais altas, mantendo alta fidelidade, abre caminho para uma variedade de opções locais de controle de qubit sem afetar o desempenho desse qubit”, explica Jim Clarke, diretor de quantum hardware na Intel Labs.

Porque é Importante: A aplicação da computação quântica a problemas práticos depende da capacidade de dimensionar e controlar milhares – se não milhões – de qubits ao mesmo tempo, com altos níveis de fidelidade. No entanto, os projetos atuais de sistemas quânticos encontram-se limitados por diversos fatores, incluindo o tamanho geral do sistema, a fidelidade de qubit e especialmente a complexidade da eletrônica de controle necessária para gerenciar o quantum em larga escala.
Ter os componentes eletrônicos de controle e os qubits de spin integrados no mesmo processador simplifica bastante as interconexões entre ambos. Mas o aumento das temperaturas de operação dos qubits é um ponto crítico no avanço rumo a esse objetivo. No passado, ficou provado que um computador quântico podia operar na faixa de milikelvin – apenas uma fração de grau acima do zero absoluto. Agora, com essa pesquisa sobre qubits quentes, a QuTech – em parceria com a Intel – comprovou sua hipótese de que os qubits de spin de silício têm o potencial de operar em temperaturas ligeiramente mais altas que os atuais sistemas quânticos, um passo importante rumo à escalabilidade.
Essa abordagem permite que a Intel lance mão de seu vasto expertise em empacotamento avançado e tecnologias de interconexão para um caminho escalável rumo à praticidade quântica. O estudo é baseado no trabalho contínuo da Intel focado no desenvolvimento de sistemas quânticos de pilha completa, incluindo a introdução, no final do ano passado, do Horse Ridge, o primeiro processador de controle quântico criogênico do mercado.
Principais Avanços: As informações quânticas armazenadas nesses qubits são normalmente perdidas rapidamente, a menos que os qubits sejam resfriados até quase zero absoluto (-273 graus Celsius ou 0 kelvin). O estudo publicado na Nature destaca que a Intel e a QuTech demonstraram pela primeira vez a operação de qubits quentes, densos e coerentes. Esses qubits compactos funcionam em alta qualidade e temperaturas relativamente elevadas.
Embora esse estudo demonstre simultaneamente o controle de um qubit acima de 1 K com pontos quânticos de silício, o controle de dois qubits só era possível até agora a uma temperatura reduzida de 40 milikelvins. A pesquisa da Intel com a QuTech demonstra a lógica completa de dois qubit em um circuito quântico operando a 1,1 K.
Por meio desse estudo, a Intel e a QuTech também demonstraram a capacidade de controlar o giro de elétrons de um sistema de dois qubit, medindo a fidelidade de um qubit único de até 99,3% e a sintonia precisa do sistema. Além disso, a equipe ilustrou que o desempenho dos spin qubits nas faixas de temperatura de 45 milikelvin a 1,25 kelvin é minimamente afetado.
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