Команда Центра RIKEN по исследованию эмерджентной материи и её коллеги одновременно управляли тремя кремниевыми спиновыми кубитами с точностью выше 99,99%. В массиве из пяти кубитов точность однокубитных операций осталась на уровне около 99,9% и выше. Результаты опубликованы 15 октября 2026 года в журнале Nature Physics.

Почему общий сигнал мешает соседним кубитам

Все пять кубитов получали микроволновые импульсы через одну общую линию. Поэтому сигнал, настроенный на один кубит, частично воздействовал на соседние. Исследователи определили, что главным источником ухудшения точности стал сдвиг Штарка, вызванный микроволновым управлением. Он меняет эффективные энергетические уровни соседнего кубита, смещает его резонансную частоту и постепенно сдвигает фазу квантового состояния. Из-за этого следующий импульс может повернуть состояние немного не туда, куда нужно.

Команда измеряла фазовый сдвиг отдельно для каждой пары кубитов. Затем она меняла фазу следующих микроволновых импульсов, чтобы компенсировать накопленную ошибку. При одновременной работе нескольких кубитов попарные вклады складывали. Для трёх кубитов полученная сумма хорошо совпала с прямым измерением общего воздействия, поэтому такой способ позволил не проверять каждую комбинацию кубитов целиком.

Представим несколько метрономов, которые одновременно сбивают один ритм. Если заранее измерить, насколько каждый метроном смещает такт, а затем внести обратную поправку, общий ритм можно восстановить точнее. В эксперименте исследователи корректировали не звук, а фазу квантового состояния. Такая поправка исправляет фазовую ошибку, но не устраняет все источники шума.

Что показали испытания

Точность оценивали методом случайного тестирования квантовых операций, когда к кубиту применяют длинные последовательности случайно выбранных импульсов и по затуханию результата рассчитывают среднюю ошибку. Проверяли однокубитные операции X и Y. После калибровки их точность превышала 99,99% при одновременной работе до трёх кубитов. При включении всех пяти кубитов точность оставалась около 99,9% и выше.

Дальнейшее снижение точности ограничивала декогеренция, то есть потеря квантовой согласованности. Быстрые операции требуют большей суммарной мощности микроволн. Авторы связывают возникающую декогеренцию с возможным нагревом или наведённым микроволновым шумом, но не называют одну окончательно установленную причину. При более длинных импульсах мощность уменьшается, зато сильнее проявляется дефазировка из-за низкочастотного шума.

Работа касается однокубитных операций. При включённом взаимодействии двух кубитов возникают дополнительные условные фазовые эффекты, поэтому для двухкубитных операций потребуется отдельная калибровка. Подробности о подготовке публикаций собраны на странице сервиса по работе с научными статьями.

Схема измерения попарных фазовых сдвигов, их сложения и компенсации при параллельном управлении кремниевыми кубитами.

Фото: Jakub Pabis / Pexels