El 9 de julio, el equipo de Diraq publicó en Nature Communications los resultados experimentales de una matriz de 8 qubits de espín de silicio. Los investigadores utilizaron un dispositivo SiMOS de 300 mm fabricado por el Centro de Microelectrónica de Bélgica para lograr la sintonización, direccionamiento independiente y control coherente de 8 puntos cuánticos. Este dispositivo emplea un proceso de fabricación de obleas compatible con la tecnología de semiconductores de óxido metálico complementario, expandiendo la unidad de 2 qubits anterior a una matriz lineal de 8 qubits.
El dispositivo experimental consta de 8 puntos cuánticos de silicio dispuestos linealmente, con transistores de un solo electrón integrados en ambos extremos de la matriz para convertir el estado de espín en una señal de carga medible. Los puntos cuánticos se construyen sobre material de silicio-28 isotópicamente purificado, con una concentración residual de silicio-29 de aproximadamente 400 ppm; la separación entre compuertas es de 90 nanómetros, y la fabricación combina litografía óptica y litografía por haz de electrones para controlar la estructura de las compuertas de los puntos cuánticos, la densidad de defectos y el ruido eléctrico del dispositivo. Cada dos puntos cuánticos adyacentes forman una unidad de doble punto cuántico, y los 8 qubits se sintonizan mediante 4 grupos de dobles puntos cuánticos, dividiendo así el proceso de calibración de toda la matriz en múltiples unidades locales controlables de forma independiente.
Se realizaron mediciones de control de resonancia y coherencia en los 8 qubits. El tiempo de descoherencia de Ramsey medido en la matriz fue de hasta 41 microsegundos, y el tiempo de coherencia de eco de Hahn alcanzó un máximo de 1.31 milisegundos.
Tras aplicar un campo magnético de corriente continua en el plano de 0.5 teslas, los niveles de energía del espín del electrón experimentaron una división Zeeman de aproximadamente 14 GHz. Las sutiles diferencias en el factor g del electrón entre diferentes qubits permitieron a los investigadores seleccionar qubits objetivo utilizando pulsos de microondas independientes de resonancia de espín electrónico. La puerta de un solo qubit Xπ/2 se implementó mediante pulsos de microondas temporizados, mientras que la puerta Zπ/2 se realizó mediante un desplazamiento de fase virtual en la fuente de microondas; la interacción de intercambio de Heisenberg entre qubits adyacentes se controló mediante el voltaje de la compuerta de barrera y se utilizó para ejecutar puertas de fase controlada. El experimento también configuró un programa de retroalimentación en tiempo real para rastrear continuamente el voltaje de operación del transistor de un solo electrón y la frecuencia de Larmor del qubit, corrigiendo la deriva de parámetros durante la operación.
La parte de lectura empleó un esquema de detección de carga en cascada de dos etapas. Los dos grupos de qubits en los extremos de la matriz se leen directamente a través de transistores de un solo electrón, mientras que los 4 qubits en el centro primero desencadenan un movimiento en cascada de electrones en los puntos cuánticos exteriores, y luego los sensores en ambos extremos detectan el cambio de carga amplificado. Este método permite leer el estado de espín de los qubits en el centro de la matriz lineal sin necesidad de agregar un conjunto independiente de sensores junto a cada grupo de puntos cuánticos.
El equipo también ejecutó operaciones de puerta de dos qubits con bajo ruido de fase entre qubits adyacentes. El artículo actualmente demuestra el control de puerta de dos bits en un par de qubits adyacentes, sin haber completado aún la calibración unificada de todas las puertas de entrelazamiento entre los 4 grupos de dobles puntos cuánticos.
Cabe destacar que este artículo no publicó un indicador unificado de "fidelidad de operación del 99% para toda la matriz de 8 qubits". La fidelidad de puerta de un solo qubit y de dos qubits superior al 99% proviene de pruebas previas de la unidad de 2 qubits realizadas con el mismo proceso CMOS de 300 mm; los principales indicadores publicados en este experimento de 8 qubits son la sintonización y el control independiente completos de los 8 puntos cuánticos, el mantenimiento del tiempo de coherencia, la lectura en cascada de los 4 qubits centrales y la operación de puerta de dos bits con bajo ruido de fase entre qubits adyacentes.