Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han logrado un nuevo progreso en el escalado de qubits basados ​​en puntos cuánticos de semiconductores. El profesor GUO Guoping con sus compañeros de trabajo, XIAO Ming, LI Haiou y CAO Gang, diseñó y fabricó un procesador cuántico con seis puntos cuánticos, y control cuántico demostrado experimentalmente de la puerta de Toffoli. Esta es la primera realización de la puerta Toffoli en un sistema semiconductor de puntos cuánticos, lo que motiva una mayor investigación sobre el procesador cuántico de semiconductores a gran escala. El informe, titulado "Operaciones cuánticas controladas de un sistema semiconductor de tres Qubit, "fue publicado en Revisión física aplicada .

La fabricación La manipulación y el escalado de qubits basados ​​en puntos cuánticos de semiconductores son las tecnologías centrales más importantes para los chips cuánticos de semiconductores escalables. El grupo del profesor GUO Guoping tiene como objetivo dominar estas tecnologías y se ha dedicado a esta área durante mucho tiempo. Antes de la demostración de la puerta de tres qubit, realizaron un control universal ultrarrápido de qubits de carga basado en puntos cuánticos de semiconductores en 2013 y lograron la rotación controlada de dos qubits de carga en 2015.

La puerta de Toffoli es una operación de tres qubits que cambió el estado de un qubit objetivo condicionado al estado de dos qubits de control. Se puede utilizar para el cálculo clásico universal reversible, y también forma un conjunto universal de puertas qubit en computación cuántica junto con una puerta Hadamard. Es más, es un elemento clave en los esquemas de corrección de errores cuánticos. La implementación de la puerta Toffoli con solo operaciones de uno y dos qubit requiere seis puertas NOT controladas y 10 operaciones de un solo qubit.

Como resultado, una puerta Toffoli de un solo paso puede reducir drásticamente el número de operaciones cuánticas, que puede romper el límite del tiempo de coherencia y mejorar la eficiencia de la computación cuántica. Los investigadores del grupo de Guo encontraron que la arquitectura de seis puntos cuánticos en forma de T con aberturas entre los qubits de control y el qubit objetivo puede fortalecer el acoplamiento entre qubits con función diferente y minimizarlo entre qubits con la misma función. Esto satisface bien los requisitos de la puerta Toffoli. Usando esta arquitectura con pulsos de alta frecuencia optimizados, los investigadores demostraron la puerta Toffoli en un sistema de puntos cuánticos de semiconductores por primera vez, que sienta una base sólida para los procesadores cuánticos de semiconductores escalables.