Das Team unter der Leitung von Professor DU Jiangfeng und Professor WANG Ya vom Schlüssellabor für mikroskalige Magnetresonanz der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) der Universität für Wissenschaft und Technologie in China hat eine innovative Methode zur Umwandlung von Spin in Ladung vorgestellt, um eine hohe Leistung zu erzielen. Wiedergabetreue von Qubits, die dem fehlertoleranten Quantencomputing näher kommen.

Die Quantenüberlegenheit gegenüber klassischen Computern hat sich bei einigen spezifischen Problemen voll gezeigt, doch der nächste Meilenstein, das fehlertolerante Quantencomputing, erfordert immer noch, dass der akkumulierte Logikgatterfehler und die Spin-Auslesetreue die fehlertolerante Schwelle überschreiten. Das Team von DU hat die erste Anforderung im NV-Center-System (Stickstoffleerstellen) gelöst [Nat. Commun. 6, 8748 (2015)] zuvor und diese Arbeit zielte auf das High-Fidelity-Auslesen von Qubits ab.

Der Qubit-Zustand, wie der Spin-Zustand, ist fragil: Ein üblicher Ausleseansatz kann dazu führen, dass selbst für einige Photonen zwischen den Zuständen 0 und 1 gewechselt wird, was zu einem Lesefehler führt. Die Auslesetreue des herkömmlichen Resonanzfluoreszenzverfahrens ist durch diese Eigenschaft streng begrenzt. Da der Spinzustand schwer zu messen ist, haben die Forscher einen Weg beschritten, um ihn durch eine leicht ablesbare und messbare Eigenschaft zu ersetzen: den Ladungszustand.

Sie verglichen zunächst die optische Ausleselebensdauer des Ladungszustands und des Spinzustands und stellten fest, dass der Ladungszustand um fünf Größenordnungen stabiler als der Spinzustand ist. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass die durchschnittliche Wiedergabetreue für Abbruchladungen 99.96% erreichte.

Dann nahm das Team Licht im nahen Infrarot (NIR) (1064 nm) an, um die Ionisierung des angeregten Spinzustands zu induzieren, und wandelte die Spinzustände 0 und 1 in den Ladungszustand "elektrisch neutral" bzw. "negativ geladen" um. Dieser Prozess wandelte die Spinanzeige in die Ladungsanzeige um.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Fehler der traditionellen Resonanzfluoreszenzmethode 20.1% erreichte, während der Fehler dieser neuen Methode auf 4.6% unterdrückt werden kann.

Der Artikel wurde veröffentlicht in Nature Communications veröffentlicht .

Diese neue Methode ist mit herkömmlichen Methoden kompatibel und bietet eine Spin-Auslesetreue, die in realen Anwendungen den fehlertoleranten Schwellenwert überschreitet. Dank der geringeren Schädigung biologischer Gewebe und anderer Proben durch NIR-Licht wird diese Methode auch die Detektionseffizienz von Quantensensoren wirksam verbessern.

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