日本理化学研究所团队将可纠缠的硅基自旋量子比特的数量从两个增加到三个，突出了自旋量子比特实现多量子比特量子算法的潜力。量子计算机有可能在进行某些类型的计算时将传统计算机甩在身后。它们基于量子位，或称量子比特，相当于传统计算机使用的比特的量子。
尽管没有其他一些量子比特技术那么成熟，但被称为硅量子点的微小硅块具有一些特性，使其对实现量子比特具有高度吸引力。这些特性包括长相干时间、高保真电气控制、高温操作和巨大的可扩展性潜力。然而，要有效地连接几个硅基自旋量子比特，关键是要能够纠缠两个以上的量子比特，这是物理学家们迄今为止一直无法攻克的成就。
理化学研究所新兴物质科学中心的Seigo Tarucha和五位同事现在已经在硅中初始化并测量了一个具有高保真度的三量子比特阵列（量子比特处于预期状态的概率）。他们还将三个纠缠的量子比特组合在一个设备中。
这个演示是朝着扩展基于自旋量子比特的量子系统的能力迈出的第一步。"两量子位操作足以进行基本的逻辑计算，"Tarucha解释说。"但三量子比特系统是扩大规模和实施纠错的最小单位。"
该团队的装置由硅/硅-锗异质结构上的三量子点组成，并通过铝门控制。每个量子点可以承载一个电子，其自旋上升和自旋下降状态可以编码一个量子比特。一个片上磁铁产生了一个磁场梯度，将三个量子比特的共振频率分开，这样它们就可以被单独处理。
研究人员首先通过实现一个双量子位门将其中的两个量子位纠缠在一起，这是一个小型的量子电路，构成了量子计算设备的组成部分。然后他们通过结合第三个量子位和门实现了三量子位的纠缠。由此产生的三量子位状态具有88%的显著高的状态保真度，并处于可用于纠错的纠缠状态。
"这个演示只是带来大规模量子计算机的雄心勃勃的研究过程的开始。"Tarucha说："我们计划使用三量子比特装置演示原始的纠错，并制造出具有十个或更多量子比特的装置。今后还将计划开发50到100个量子比特，并实施更复杂的纠错协议，为在十年内实现大规模量子计算机铺平道路。"