The Signal
SpinQICK di HRL fa funzionare un qubit di spin completamente connesso
Un articolo dei ricercatori di HRL Laboratories documenta il controllo coerente, la preparazione dello stato e la lettura di un dispositivo a qubit di spin triangolare completamente connesso mediante SpinQICK. Gli autori usano anche misure
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Il 98,9% dei conteggi misurati è rientrato nella categoria dei singoletti
I ricercatori di HRL Laboratories hanno usato uno stack di controllo open source basato su un system-on-chip a radiofrequenza per preparare e leggere un qubit di spin a semiconduttore completamente connesso. In un articolo inviato ad arXiv il 22 ottobre 2026, riferiscono che il 98,9% dei conteggi successivi alla preparazione del singoletto è stato classificato come singoletto nella finestra di lettura. Il dato descrive un risultato specifico di preparazione dello stato e misurazione, non una misura generale della fedeltà dei gate.
Il pacchetto di controllo, SpinQICK, funziona su una scheda di valutazione AMD-Xilinx ZCU216 RFSoC e si basa sul Quantum Instrumentation Control Kit, o QICK. I ricercatori hanno usato firmware personalizzato e amplificatori disponibili in commercio per controllare un dispositivo triangolare a tre punti quantici, nel quale tre elettroni interagiscono attraverso l’accoppiamento di scambio tra ciascuna coppia. Il codice di SpinQICK è disponibile pubblicamente.
Tre assi di scambio mettono alla prova lo stack di controllo
Ciascuna interazione di scambio consente ai ricercatori di ruotare il qubit codificato attorno a un asse diverso. A differenza di una disposizione lineare di tre punti, il triangolo aggiunge un terzo accoppiamento, permettendo al gruppo di verificare il controllo su tutti e tre i collegamenti e di applicare una sequenza di disaccoppiamento dinamico che chiama NZM1. Nell’esperimento descritto nell’articolo, il firmware modificato comprendeva una compensazione del crosstalk; il README del repository di SpinQICK elenca la compensazione DSP del crosstalk tra gli aggiornamenti previsti a breve per il pacchetto.
La ZCU216 ha fornito impulsi di tensione ad alta velocità e digitalizzato il segnale del sensore di carica per la lettura. L’articolo descrive 14 canali di impulsi in banda base e due canali configurati per generare il segnale di lettura; il programma di controllo pianifica gli impulsi e la lettura secondo un clock di 2,5 nanosecondi. L’elaborazione digitale del segnale sulla scheda demodula e integra il segnale di lettura direttamente sul dispositivo, riducendo la quantità di dati da trasferire per le analisi successive.
Gli esperimenti di disaccoppiamento rivelano rumore e deriva
Il gruppo ha usato due sequenze di disaccoppiamento per distinguere le fonti di rumore. La sequenza NZM1, resa possibile dal terzo asse di scambio del triangolo, sopprime il rumore iperfine quasistatico mantenendo la sensibilità al rumore di scambio. Il confronto tra le misure e le simulazioni ha aiutato gli autori a valutare se la temporizzazione del controllo e la compensazione del crosstalk fossero adeguate all’esperimento.
Una delle durate di coerenza misurate è stata di circa 60 microsecondi, all’incirca un decimo del risultato di circa 600 microsecondi citato da un lavoro precedente su un dispositivo con un rumore intrinseco simile. Gli autori attribuiscono la differenza a un livello di fondo del rumore bianco ad alta frequenza, stimato mediante un fit, di circa 40 nanovolt per radice quadrata di hertz. Affermano che la catena di amplificazione a temperatura ambiente probabilmente contribuisce in misura significativa, ma l’articolo non dimostra che sia l’unica causa.
Misure NZM1 separate hanno mostrato oscillazioni della fedeltà di ritorno che le simulazioni non hanno riprodotto. I ricercatori associano queste oscillazioni a fluttuazioni lente e correlate e riferiscono una deriva della calibrazione durante la raccolta dei dati. Poiché per tutta la raccolta dei dati l’esperimento ha usato le stesse tensioni degli impulsi calibrate, il risultato mette in luce un limite pratico accanto alla dimostrazione del controllo: un sistema può eseguire impulsi calibrati mentre il suo punto di funzionamento si sposta nel tempo.
Software aperto, ma resta lavoro ingegneristico da fare
L’articolo presenta SpinQICK come un’alternativa meno costosa e adattabile alle apparecchiature di controllo proprietarie, ma non dimostra che il sistema eguagli la stabilità o le prestazioni dei controller commerciali consolidati. Gli autori individuano inoltre nella catena di amplificazione un ambito da migliorare, soprattutto alla luce del livello di fondo del rumore bianco e della durata misurata più breve.
«Sebbene la stabilità su tempi lunghi resti un aspetto da migliorare, i risultati presentati qui dimostrano che spinQICK è una soluzione di controllo accessibile ed efficace per i qubit di spin a semiconduttore».
Scrivono Abigail L. Wessels e i coautori, ricercatori che hanno scritto l’articolo.
L’esperimento dimostra il controllo coerente, la preparazione dello stato e la lettura su un singolo dispositivo triangolare completamente connesso; non presenta una dimostrazione di un gate a due qubit né un benchmark di un processore. La verifica ingegneristica concreta per la prossima versione indicata nell’articolo è se una catena di amplificazione meno rumorosa possa migliorare la coerenza senza compromettere i rapidi impulsi di scambio usati nell’esperimento.