Studie beobachtet starke Rauschkorrelationen zwischen Silizium-Qubits.

3. November 2023

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von Ingrid Fadelli, Phys.org

Um hochleistungsfähige Quantencomputer zu entwickeln, sollten Forscher in der Lage sein, zuverlässig Informationen über das Rauschen in ihnen abzuleiten und gleichzeitig effektive Strategien zur Unterdrückung dieses Rauschens zu identifizieren. In den letzten Jahren wurden in diese Richtung erhebliche Fortschritte erzielt, die Betriebsfehler von weniger als 1% in verschiedenen Quantencomputerplattformen ermöglichen.

Ein Forscherteam am Tokyo Institute of Technology und RIKEN hat sich kürzlich dafür eingesetzt, die Korrelationen zwischen dem Rauschen, das von Paaren von halbleiterbasierten Qubits erzeugt wird, zuverlässig zu quantifizieren. Diese Qubits sind für die Entwicklung skalierbarer Quantenprozessoren sehr vielversprechend. Ihr in Nature Physics veröffentlichtes Paper enthüllte starke Interqubit-Rauschkorrelationen zwischen einem Paar benachbarter Silizium-Spin-Qubits.

'Ein nützlicher Quantencomputer würde praktisch Millionen dicht gepackte, gut kontrollierte Qubits mit Fehlern erfordern, die nicht nur klein, sondern auch ausreichend unkorreliert sind', sagte Jun Yoneda, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gegenüber Phys.org. 'Wir haben uns daran gemacht, das potenziell ernste Problem der Fehlerkorrelation in Silizium-Qubits zu behandeln, da sie ansonsten zu einer überzeugenden Plattform für große Quantenberechnungen geworden sind.'

Als Teil ihrer aktuellen Studie untersuchten Yoneda und seine Kollegen das Ausmaß dieser Interqubit-Rauschkorrelationen, um die zukünftige Entwicklung halbleiterbasierter Quantencomputersysteme zu informieren. Dazu analysierten sie die Korrelation zwischen dem Rauschen, das von zwei auf Silizium basierenden Qubits gesehen wurde, die 100 nm voneinander entfernt platziert waren.

Die Forscher verwendeten anschließend eine von ihnen entwickelte Bayes-Schätzmethode, die dazu dient, die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Kreuzleistungsspektraldichten zu ermitteln. Diese Technik ermöglichte es ihnen, die statistische Relevanz der beobachteten Korrelationen zu validieren und zu bestätigen, dass die beiden Qubits stark korreliertem Rauschen ausgesetzt waren.

Die von diesem Forscherteam verwendeten statistischen Methoden sind einzigartig und leistungsstark, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen keine Vorinformationen über das Autospektrum (z. B. 1/f) erfordern, um das Qubit-Rauschen zu beurteilen und zu quantifizieren. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse dieser aktuellen Arbeit die mit Rauschkorrelationen zwischen dicht beieinander liegenden Silizium-Qubits verbundenen Herausforderungen und verdeutlichen die Notwendigkeit, neue Ansätze zur Unterdrückung oder Verringerung des Rauschens in halbleiterbasierten Quantencomputern zu entwickeln.

'Unsere zukünftige Forschung wird die Untersuchung beinhalten, wie weit sich die Korrelation in einem Qubit-Array erstreckt, wobei wir von Experimenten ausgehen können, bei denen Querkorrelationen in die Rauschanalyse einbezogen werden, die wir hier pionierhaft entwickelt haben', fügte Yoneda hinzu. 'Dies ist eine entscheidende Frage hinsichtlich der Fehlerkorrekturfähigkeit sowie des Verständnisses der Rauschquelle.'

Journal-Informationen: Nature Physics

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