日本理化學研究所團隊將可糾纏的硅基自旋量子比特的數量從兩個增加到三個，突出了自旋量子比特實現多量子比特量子算法的潛力。量子計算機有可能在進行某些類型的計算時將傳統計算機甩在身後。它們基於量子位，或稱量子比特，相當於傳統計算機使用的比特的量子。
儘管沒有其他一些量子比特技術那麼成熟，但被稱為硅量子點的微小硅塊具有一些特性，使其對實現量子比特具有高度吸引力。這些特性包括長相干時間、高保真電氣控制、高溫操作和巨大的可擴展性潛力。然而，要有效地連接幾個硅基自旋量子比特，關鍵是要能夠糾纏兩個以上的量子比特，這是物理學家們迄今為止一直無法攻克的成就。
Seigo Tarucha（右二）和他的同事在一個完全可控的硅自旋量子比特陣列中實現了一個三量子比特糾纏狀態。
理化學研究所新興物質科學中心的Seigo Tarucha和五位同事現在已經在硅中初始化並測量了一個具有高保真度的三量子比特陣列（量子比特處於預期狀態的概率）。他們還將三個糾纏的量子比特組合在一個設備中。
這個演示是朝着擴展基於自旋量子比特的量子系統的能力邁出的第一步。”兩量子位操作足以進行基本的邏輯計算，”Tarucha解釋說。”但三量子比特系統是擴大規模和實施糾錯的最小單位。”
該團隊的裝置由硅/硅-鍺異質結構上的三量子點組成，並通過鋁門控制。每個量子點可以承載一個電子，其自旋上升和自旋下降狀態可以編碼一個量子比特。一個片上磁鐵產生了一個磁場梯度，將三個量子比特的共振頻率分開，這樣它們就可以被單獨處理。
研究人員首先通過實現一個雙量子位門將其中的兩個量子位糾纏在一起，這是一個小型的量子電路，構成了量子計算設備的組成部分。然後他們通過結合第三個量子位和門實現了三量子位的糾纏。由此產生的三量子位狀態具有88%的顯著高的狀態保真度，並處於可用於糾錯的糾纏狀態。
“這個演示只是帶來大規模量子計算機的雄心勃勃的研究過程的開始。”Tarucha說：”我們計劃使用三量子比特裝置演示原始的糾錯，並製造出具有十個或更多量子比特的裝置。今後還將計劃開發50到100個量子比特，並實施更複雜的糾錯協議，為在十年內實現大規模量子計算機鋪平道路。”