Em 9 de julho, a equipe da Diraq publicou resultados experimentais de uma matriz de 8 qubits de spin de silício na revista Nature Communications. Os pesquisadores utilizaram dispositivos SiMOS de 300 mm fabricados pelo Centro de Microeletrônica da Bélgica para realizar a sintonia, endereçamento independente e controle coerente de 8 pontos quânticos. O dispositivo emprega um processo de fabricação de wafers compatível com a tecnologia de semicondutores de óxido metálico complementar, expandindo a unidade anterior de 2 qubits para uma matriz linear de 8 qubits.
O dispositivo experimental é composto por 8 pontos quânticos de silício dispostos linearmente, com transistores de elétron único integrados em ambas as extremidades da matriz para converter o estado de spin em sinais de carga mensuráveis. Os pontos quânticos são construídos em material de silício-28 isotopicamente purificado, com uma concentração residual de silício-29 de aproximadamente 400 ppm; o espaçamento das portas é de 90 nanômetros, e a fabricação combina litografia óptica e litografia por feixe de elétrons para controlar a estrutura das portas dos pontos quânticos, a densidade de defeitos e o ruído elétrico do dispositivo. Cada par de pontos quânticos adjacentes forma uma unidade de ponto quântico duplo, e os 8 qubits são sintonizados por 4 grupos de pontos quânticos duplos, dividindo o processo de calibração de toda a matriz em várias unidades locais controláveis individualmente.
Todos os 8 qubits passaram por medições de controle ressonante e coerência. O tempo de decoerência Ramsey medido na matriz foi de até 41 microssegundos, e o tempo de coerência de eco de Hahn atingiu até 1,31 milissegundos.
Após a aplicação de um campo magnético DC no plano de 0,5 Tesla, os níveis de energia do spin do elétron produziram uma divisão Zeeman de aproximadamente 14 GHz. Pequenas diferenças no fator g do elétron entre diferentes qubits permitiram que os pesquisadores selecionassem qubits alvo usando pulsos de micro-ondas independentes de ressonância de spin eletrônico. A porta de qubit único Xπ/2 é implementada por pulsos de micro-ondas temporizados, enquanto a porta Zπ/2 é realizada por um deslocamento de fase virtual na fonte de micro-ondas; a interação de troca de Heisenberg entre qubits adjacentes é controlada pela tensão da porta de barreira e usada para executar portas de fase controlada. O experimento também configurou um programa de feedback em tempo real para rastrear continuamente a tensão de operação do transistor de elétron único e a frequência de Larmor do qubit, corrigindo a deriva de parâmetros durante a operação.
A parte de leitura adota um esquema de detecção de carga em cascata de dois estágios. Os dois grupos de qubits nas extremidades da matriz são lidos diretamente por transistores de elétron único, enquanto os 4 qubits no centro primeiro acionam o movimento em cascata de elétrons nos pontos quânticos externos, e os sensores nas extremidades detectam as mudanças de carga amplificadas. Este método permite ler o estado de spin dos qubits no centro da matriz linear sem a necessidade de adicionar um conjunto independente de sensores ao lado de cada grupo de pontos quânticos.
A equipe também executou operações de porta de dois qubits com baixo ruído de fase entre qubits adjacentes. O artigo atualmente demonstra o controle de porta de dois bits para um par de qubits adjacentes, mas ainda não concluiu a calibração unificada de todas as portas de emaranhamento entre os 4 grupos de pontos quânticos duplos.
É importante distinguir que este artigo não divulgou um indicador unificado de "fidelidade de operação de 99% para toda a matriz de 8 qubits". A fidelidade de porta de qubit único e de dois qubits superior a 99% veio de testes anteriores de unidades de 2 qubits realizados no mesmo processo CMOS de 300 mm; os principais indicadores divulgados neste experimento de 8 qubits incluem a sintonia e controle independente de todos os 8 pontos quânticos, a manutenção do tempo de coerência, a leitura em cascata dos 4 qubits centrais e a operação de porta de dois bits com baixo ruído de fase entre qubits adjacentes.