9 июля команда Diraq опубликовала в журнале Nature Communications результаты эксперимента с массивом из 8 кубитов на кремниевых спинах. Исследователи использовали 300-мм SiMOS-устройство, изготовленное Бельгийским центром микроэлектроники, для настройки, независимой адресации и когерентного управления восемью квантовыми точками. Устройство изготовлено по технологии, совместимой с КМОП-процессом, и представляет собой линейный массив из 8 кубитов, расширенный по сравнению с предыдущим блоком из 2 кубитов.
Экспериментальное устройство состоит из восьми линейно расположенных кремниевых квантовых точек, на обоих концах массива интегрированы одноэлектронные транзисторы для преобразования спиновых состояний в измеримые зарядовые сигналы. Квантовые точки сформированы на изотопно-чистом кремнии-28 с остаточной концентрацией кремния-29 около 400 ppm; расстояние между затворами составляет 90 нм, а в производстве сочетаются оптическая и электронно-лучевая литография для контроля структуры затворов квантовых точек, плотности дефектов и электрического шума устройства. Каждые две соседние квантовые точки образуют блок из двух квантовых точек, и 8 кубитов настраиваются четырьмя такими блоками, что позволяет разбить процесс калибровки всего массива на несколько локальных блоков, управляемых независимо.
Для всех 8 кубитов выполнены резонансное управление и измерение когерентности. Максимальное время декогерентности Рамеси в массиве составило 41 микросекунду, а максимальное время когерентности по эху Хана достигло 1,31 миллисекунды.
После приложения внешнего постоянного магнитного поля 0,5 Тл в плоскости образца зеемановское расщепление электронных спиновых уровней составило около 14 ГГц. Небольшие различия в g-факторах электронов между разными кубитами позволили исследователям выбирать целевые кубиты с помощью независимых микроволновых импульсов электронного спинового резонанса. Однокубитные вентили Xπ/2 реализованы с помощью синхронизированных микроволновых импульсов, а вентили Zπ/2 — с помощью виртуального фазового сдвига в микроволновом источнике; гейзенберговское обменное взаимодействие между соседними кубитами управляется напряжением на барьерных затворах и используется для выполнения управляемых фазовых вентилей. В эксперименте также настроена программа обратной связи в реальном времени, которая непрерывно отслеживает рабочее напряжение одноэлектронных транзисторов и ларморовскую частоту кубитов, корректируя дрейф параметров в процессе работы.
Считывание выполнено по двухкаскадной схеме зарядового детектирования. Две группы кубитов на концах массива считываются непосредственно через одноэлектронные транзисторы, а четыре кубита в середине сначала инициируют каскадное перемещение электронов во внешних квантовых точках, после чего датчики на концах регистрируют усиленное изменение заряда. Этот метод позволяет считывать спиновые состояния кубитов в середине линейного массива без необходимости установки отдельного датчика для каждой группы квантовых точек.
Команда также выполнила операции с двухкубитными вентилями с низким фазовым шумом между соседними кубитами. В статье в настоящее время демонстрируется управление двухкубитными вентилями для одной пары соседних кубитов, и единая калибровка всех запутанных вентилей между четырьмя блоками из двух квантовых точек еще не завершена.
Следует отметить, что в данной статье не приводится единый показатель «достижение 99% точности операций для всего массива из 8 кубитов». Точность однокубитных и двухкубитных вентилей более 99% была получена в предыдущих тестах с блоком из 2 кубитов на том же 300-мм КМОП-процессе; основные показатели, опубликованные в данном эксперименте с 8 кубитами, включают полную настройку и независимое управление всеми восемью квантовыми точками, сохранение времени когерентности, каскадное считывание четырех центральных кубитов и выполнение операций с двухкубитными вентилями с низким фазовым шумом между соседними кубитами.