تنفيذ عمليات منطقية شاملة في معالج كمي سيليكوني بمانحات الفوسفور

أظهر باحثون من Shenzhen International Quantum Academy معالجاً كمياً قائماً على السيليكون قادراً على تنفيذ مجموعة شاملة من عمليات البوابات المنطقية. يستخدم الجهاز عنقوداً من خمسة دورات نووية لمانحات الفوسفور مدمجة في شبكة سيليكون-28 منقاة نظائرياً، منمطة بدقة ذرية عبر الطباعة الحجرية بالمجهر النفقي الماسح. لإدارة الضوضاء البيئية، ينفذ النظام شفرة [[4, 2, 2]] للكشف عن الأخطاء الكمية، التي تشفر كيوبتين منطقيين باستخدام أربعة كيوبتات فيزيائية. تمثل هذه البنية أول مثال على توصيف عمليات منطقية شاملة ضمن منصة دوران سيليكون، التي تُقدَّر تقليدياً لتوافقها مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات القياسية. شمل التنفيذ التقني توصيف مجموعة بوابات منطقية شاملة، تضم بوابات كليفورد أحادية الكيوبت وبوابة هادامار متزامنة وبوابة سي نوت ثنائية الكيوبت. تحققت بوابة T غير كليفورد باستخدام طريقة البوابة بالقياس، التي تتضمن دورة نووية مساعدة لحقن دوران الطور المطلوب. أظهرت النتائج التجريبية متوسط دقة بوابات فيزيائية يتجاوز 95%، بينما قيست أوقات الترابط المنطقي بحوالي 208 ميكروثانية. أظهر النظام انحيازاً قوياً للضوضاء، مع هيمنة أخطاء قلب الطور (Z) بشكل كبير على أخطاء قلب البت (X) - وهي خاصية قد تقلل الحمل العتادي المطلوب لبنيات متحملة للأخطاء أوسع نطاقاً. قُيِّمت فائدة المعالج من خلال خوارزمية محلل القيمة الذاتية المتغير لحساب طاقة الحالة الأرضية لجزيء الماء. من خلال تطبيق ثلاث تقنيات لتخفيف الأخطاء - فحوصات التكافؤ وملاءمة كليفورد والتحقق من التماثل - أفاد الباحثون بمتوسط انحراف طاقة 22.7 ميلي هارتري عن القيم النظرية. يؤكد هذا الإظهار جدوى تشغيل خوارزميات كمية عملية على كيوبتات سيليكون منطقية. تركز المراحل التالية من التطوير على تقليل التداخل بين عناقيد المانحات وتوسيع البنية إلى مصفوفات أكبر لاستيعاب مخططات تصحيح أخطاء أكثر تعقيداً.