Fünf Silizium-Spin-Qubits gleichzeitig mit hoher Genauigkeit gesteuert

Physiker des RIKEN Center for Emergent Matter Science und ihre Kooperationspartner haben eine hochgenaue Steuerung mehrerer gleichzeitig arbeitender Silizium-Spin-Qubits gezeigt. Die Studie erschien am 15. Oktober in Nature Physics.

Für die Experimente diente ein Array aus fünf Qubits, die an eine gemeinsame Mikrowellen-Steuerleitung angeschlossen waren. Indem das Team eine wesentliche Fehlerursache beim gleichzeitigen Betrieb identifizierte, entwickelte es eine Technik, die diese Fehler verringert und die Präzision erhält.

Warum gleichzeitige Steuerung schwierig ist

Quantencomputer nutzen Quantenbits, kurz Qubits, die in Kombinationen aus 0 und 1 vorliegen können. Silizium-Spin-Qubits speichern Information im Spin einzelner, in Silizium eingeschlossener Elektronen, und für verlässliche Berechnungen braucht es eine extrem präzise Kontrolle dieser Spins. Mikrowellensignale ermöglichen diese Kontrolle, doch der gleichzeitige Betrieb mehrerer Qubits kann unerwünschte Effekte hervorrufen, die die Genauigkeit stören.

Die Forscher führten einen großen Teil des Problems auf die Wechselstrom-Stark-Verschiebung (AC-Stark-Verschiebung) zurück. Dieser Effekt tritt auf, wenn Mikrowellen-Steuersignale die effektiven Energieniveaus eines Qubits verändern und dadurch die Phase seines Quantenzustands verschieben. Solche Phasenverschiebungen können den vorgesehenen Betrieb einzelner Qubits stören, besonders wenn mehrere gemeinsam gesteuert werden.

Was das bedeutet

„Das zeigt, dass sich eine hochpräzise Steuerung auch dann aufrechterhalten lässt, wenn mehrere Qubits gleichzeitig betrieben werden, und ist ein wichtiger Schritt zur Skalierung siliziumbasierter Quantenprozessoren“, sagte Leon Camenzind, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei RIKEN und Co-Erstautor, der die Experimente leitete. Die uns vorliegende Zusammenfassung nennt die Genauigkeitswerte nicht; sie stehen in der Veröffentlichung. Mehr dazu in unserem Bereich Wissenschaft.