Key Insight可在不拆除电子自旋量子位的情况下进行测量

时间：2021-09-18 18:52:16 来源：

来自日本理研研究中心的一组科学家成功地对硅量子点（QD）中电子的自旋进行了重复测量，而没有改变过程中的自旋。这种类型的“不拆卸”测量对于创建容错的量子计算机非常重要。

量子计算机有望使执行某些类的计算（例如多体问题）变得更加容易，而这对于常规计算机而言是极其困难且耗时的。从本质上讲，它们涉及到测量一个从未像传统晶体管那样处于单一状态的量子值，而是以“叠加状态”存在-就像薛定inger那只著名的猫在被观察到之前不能说是活着还是死了一样。使用这样的系统，可以用两个值的叠加的量子比特进行计算，然后从统计学上确定正确的结果是什么。在硅量子点中使用单电子自旋的量子计算机由于其潜在的可扩展性以及硅已被广泛用于电子技术而被视为具有吸引力。

但是，发展中的量子计算机的主要困难是它们对外部噪声非常敏感，因此纠错至关重要。到目前为止，研究人员已经成功地在硅量子点中开发出了具有长信息保留时间和高精度量子操作的单电子自旋，但是事实证明，量子非爆破测量是有效纠错的关键。读取硅中单个电子自旋的常规方法是将自旋转换为可以快速检测到的电荷，但不幸的是，电子自旋受到检测过程的影响。

现在，在《自然通讯》上发表的研究中，RIKEN团队已经实现了这种非拆卸测量。允许该小组取得进展的关键见解是使用Ising型相互作用模型-铁磁性模型，该模型研究相邻原子的电子自旋如何对齐，从而导致整个晶格中形成铁磁性。本质上，他们能够使用磁场中的Ising型相互作用将QD中一个电子的自旋信息（向上或向下）转移到相邻QD中的另一个电子，然后可以使用常规方法测量邻居的自旋信息。方法，以便它们可以使原始自旋不受影响，并可以对邻居进行重复和快速的测量。

研究小组负责人Seigo Tarucha解释说：“通过这一点，我们能够实现99％的非拆除保真度，并且通过重复测量，读数准确性将达到95％。我们还表明，从理论上讲，这一比例可以提高到99.6％，并计划继续努力达到这一水平。”

他继续说：“这非常令人激动，因为如果我们可以将我们的工作与目前正在开发的高保真单量子比特和二量子比特门相结合，我们有可能使用一种硅量子点平台。”

参考：J. Yoneda，K。Takeda，A。Noiri，T。Nakajima，S。Li，J。Kamioka，T。Kodera和S. Tarucha的“硅中电子自旋的量子不可拆卸读数”，2020年3月2日，自然通讯.DOI：
10.1038 / s41467-020-14818-8

这项工作是由RIKEN新兴物质科学中心的科学家以及新南威尔士大学和东京工业大学的合作者共同完成的。

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