Diraq steigert die Präzision von Zwei-Qubit-Gattern CMOS-Gatter im Quantencomputer mit einer Genauigkeit von mehr als 99 Prozent

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Diraq bietet Quantencomputer auf der Basis von Silizium-CMOS-Quantenpunkten an. Jetzt meldet das Unternehmen den konsistenten und wiederholbaren Betrieb von Zwei-Qubit-Gattern auf der SiMOS (Silizium-Metall-Oxid-Halbleiter)-Quantenpunkt-Plattform mit einer Zuverlässigkeit von über 99 Prozent nachgewiesen zu haben.

Eine gleichbleibende Leistung ist der Schlüssel zur Integrität und Fähigkeit von Multi-Quadratzahlen-Systemen; denn Zuverlässigkeit und Beständigkeit bei Verschränkungsoperationen zwischen Qubits gilt als Schlüssel zu einer zukünftigen nachhaltigen Quantenleistung. Das in Sydney ansässige Unternehmen Diraq hat nun den bedeutenden Meilenstein von 99 Prozent für Zwei-Qubit-Logik erreicht und zwar auf einer Silizium-CMOS-basierte Plattform.

Damit ist laut Diraq ein entscheidender Schritt zum Schutz vor Fehlern in Festkörper-Qubits gelungen, was den Weg für die Realisierung zuverlässigerer Quantengeräte auf Siliziumbasis ebnet. Nach eigenen Angaben setzt das Unternehmen zudem ein positives Signal für Festkörper-Qubits wie die CMOS-Quantenpunkte, die aufgrund ihrer Kompatibilität mit den für heutige Siliziumchips verwendeten Massenfertigungstechniken weiterhin klare Vorteile aufweisen und Skalierbarkeit und Kosteneffizienz versprechen.

Andrew Dzurak, Gründer und CEO von Diraq, sagt: „Das Erreichen dieser 99prozentigen Zwei-Qubit-Treue ist ein bedeutender Meilenstein in unserem technischen Programm, da es den Prozess zur Sicherstellung einer konsistenten und zuverlässigen Leistung in unseren SiMOS-Quantenpunkt-Qubits untermauert und unser Hauptaugenmerk auf die Skalierung unserer Spin-basierten Silizium-Qubits zu vollwertigen fehlertoleranten Quantenprozessoren weiter unterstützt."

Der technische Durchbruch wird in einer Studie detailliert beschrieben: „Assessment of the errors of high-fidelity two-qubit gates in silicon quantum dots“, die in der Zeitschrift „Nature Physics“ erschienen ist.

Über Diraq

Diraq entwickelt Quantenprozessoren auf der Grundlage einer proprietären Silizium-Quantenpunkt-Technologie, die in 20-jähriger Forschungsarbeit vom Unternehmen und seinem Vorgängerprogramm an der UNSW entwickelt wurde und aus der 11 Diraq-Patentfamilien hervorgegangen ist.

Der Ansatz des Unternehmens stützt sich auf die bestehenden Herstellungsverfahren, die von Silizium-Chip-Foundries zur Produktion heutiger Halbleiterkomponenten (CMOS) verwendet werden, und ermöglicht so eine schnellere und kostengünstigere Markteinführung. Das Ziel ist es, die Quanteninformatik zu revolutionieren, indem die Anzahl der Qubits auf einem einzigen Chip auf viele Millionen und schließlich Milliarden erhöht wird, die für nützliche kommerzielle Anwendungen benötigt werden.

Diraq nutzt die vorhandene Chip-Fertigungstechnologie und die Fähigkeit, Qubits in großem Maßstab in den derzeitigen Halbleiteranlagen herzustellen. Die Hoffnung: Damit lässt sich Wandel, zum Quantencomputing beschleunigen; denn die Plattform-Architektur ist darauf ausgerichtet, erhebliche Fortschritte bei der Verarbeitung voranzutreiben. Solche sind erforderlich sind, um die Kosten- und Energiebarrieren zu senken.

Weg mit dem Rauschen!

In der von Tuomo Tanttu und Kollegen geleiteten Studie wurden Strategien zur Verbesserung von High-Fidelity-Operationen ermittelt. Die Studie lieferte Beweise für die systematische Verbesserung der Robustheit, Konsistenz und Zuverlässigkeit der Verschränkungsgatter durch eine sorgfältige und wohlüberlegte Implementierung der Gatterrekalibrierung in Kombination mit einer sachkundigen Wahl der physikalischen Materialien und der Pulstechnik.

Die Analyse umfasste eine Überprüfung der Leistung des Fehlerkorrekturcodes: Identifizierung der Ursachen für die Verschlechterung des Qubits und Einblicke in ihre physikalischen Mechanismen sowie Nachweis der Betriebsparameter der statistischen Eigenschaften und der zeitlichen Stabilität mit mehreren Validierungsmethoden*.

Darüber hinaus analysierte das Team Diraq die physikalischen Fehler und die Zuverlässigkeit dieser Geräte in zahlreichen Versuchen und längeren Testphasen. Damit sollte sichergestellt werden, dass wir die Variation und die häufigsten Fehlertypen bei Qubit-Paaren erfassen, einschließlich des langsamen nuklearen und elektrischen Rauschens sowie des kontextbezogenen Rauschens.

Die Verbesserung von Kontrollen

Tanttu: „Die Identifizierung und das Verständnis der Rauschquellen sind wichtig, da sie unseren Ansatz zur Aufrechterhaltung der Leistung innerhalb der Toleranz unterstützen und künftige Entscheidungen über die Herstellung der Geräte beeinflussen.“

Neben der Untersuchung der Rauschquellen untersuchte das Team Diraq auch die Auswirkungen des Qubit-Designs, der Rückkopplungssysteme und der robusten Gatter - alles kritische Elemente, die die zuverlässige Umsetzung skalierbarer, originalgetreuer Kontrollstrategien beeinflussen. Einer der physikalischen Faktoren, der die Variabilität in der Qubit-Leistung und die Degradation beeinflusst, ist auf die unvermeidlichen Unvollkommenheiten der physikalischen Materialien und Komponenten zurückzuführen. „Die Forschungsarbeiten zeigen Möglichkeiten für innovative Kontrolllösungen auf, die entwickelt werden können, um die Gesamtgenauigkeit und -effizienz zu verbessern, wenn wir Spin-basierte Silizium-Qubits zu vollwertigen, fehlerbereinigten Quantenprozessoren ausbauen.“

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