في 9 يوليو، نشر فريق "Diraq" في مجلة "Nature Communications" نتائج تجربة مصفوفة مكونة من 8 بتات كمومية من السيليكون ذات الدوران المغزلي. استخدم الباحثون أجهزة SiMOS مقاس 300 مم من تصنيع مركز الأبحاث الدقيقة والإلكترونيات الدقيقة في بلجيكا (imec)، وتمكنوا من ضبط 8 نقاط كمومية وعنونتها بشكل مستقل والتحكم فيها بشكل متماسك. صُنعت هذه الأجهزة باستخدام عملية تصنيع رقائق متوافقة مع تقنية أشباه الموصلات التكميلية من أكسيد المعدن (CMOS)، وتم توسيعها من وحدة ثنائية البتات الكمومية سابقة إلى مصفوفة خطية مكونة من 8 بتات كمومية.
يتكون الجهاز التجريبي من 8 نقاط كمومية من السيليكون مرتبة خطياً، مع دمج ترانزستورات أحادية الإلكترون عند طرفي المصفوفة لتحويل حالة الدوران المغزلي إلى إشارات شحنة قابلة للقياس. بُنيت النقاط الكمومية على مادة السيليكون-28 المنقوصة نظائرياً، بتركيز متبقي من السيليكون-29 يبلغ حوالي 400 جزء في المليون؛ وتبلغ المسافة بين البوابات 90 نانومتراً، وتجمع عملية التصنيع بين الطباعة الحجرية الضوئية والطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون للتحكم في بنية بوابات النقاط الكمومية وكثافة العيوب والضوضاء الكهربائية للجهاز. تشكل كل نقطتين كموميتين متجاورتين وحدة ثنائية النقاط، ويتم ضبط البتات الكمومية الثمانية بواسطة 4 مجموعات من النقاط الثنائية بشكل منفصل، مما يقسم عملية معايرة المصفوفة بأكملها إلى وحدات محلية متعددة يمكن التحكم فيها بشكل فردي.
أكملت جميع البتات الكمومية الثمانية قياسات التحكم المتماسك والترابط. بلغ أقصى زمن لفك الترابط وفقاً لطريقة "Ramsey" في المصفوفة 41 ميكروثانية، بينما بلغ أقصى زمن للترابط وفقاً لطريقة صدى "Hahn" 1.31 ميلي ثانية.
بعد تطبيق مجال مغناطيسي ثابت في المستوى بقوة 0.5 تسلا، نتج عن مستويات طاقة الدوران المغزلي للإلكترون انقسام زيمان يبلغ حوالي 14 جيجاهرتز. أدت الاختلافات الطفيفة في عامل g للإلكترون بين البتات الكمومية المختلفة إلى تمكين الباحثين من استخدام نبضات ميكروويف مستقلة لرنين الدوران المغزلي الإلكتروني لاستهداف البتات الكمومية المطلوبة. تم تحقيق بوابة Xπ/2 أحادية البتة الكمومية من خلال نبضات ميكروويف موقوتة، بينما تم تحقيق بوابة Zπ/2 من خلال إزاحة طور افتراضية في مصدر الميكروويف؛ ويتم التحكم في تفاعل التبادل "هايزنبرغ" بين البتات الكمومية المتجاورة بواسطة جهد بوابة الحاجز، ويُستخدم لتنفيذ بوابة الطور المتحكم بها. كما تم تجهيز التجربة ببرنامج تغذية راجعة في الوقت الفعلي لتتبع جهد تشغيل ترانزستور الإلكترون المفرد وتردد لارمور للبتات الكمومية بشكل مستمر، وتصحيح أي انحراف في المعلمات أثناء التشغيل.
يستخدم جزء القراءة مخطط استشعار شحنة متسلسل من مرحلتين. تتم قراءة مجموعتي البتات الكمومية عند طرفي المصفوفة مباشرة عبر ترانزستورات الإلكترون المفرد، بينما يتم تحفيز البتات الكمومية الأربعة في المنتصف أولاً لتحريك الإلكترونات بشكل متسلسل في النقاط الكمومية الخارجية، ثم تقوم أجهزة الاستشعار عند الطرفين بكشف تغير الشحنة المضخم. تتيح هذه الطريقة قراءة حالة الدوران المغزلي للبتات الكمومية في منتصف المصفوفة الخطية دون الحاجة إلى إضافة مجموعة مستقلة من أجهزة الاستشعار بجانب كل مجموعة من النقاط الكمومية.
كما نفذ الفريق عمليات بوابة ثنائية البتات الكمومية منخفضة ضوضاء الطور بين البتات الكمومية المتجاورة. تعرض الورقة البحثية حالياً التحكم في بوابة ثنائية البتات لزوج واحد من البتات الكمومية المتجاورة، ولم يتم بعد إكمال المعايرة الموحدة لجميع بوابات التشابك بين المجموعات الأربع من النقاط الكمومية الثنائية.
تجدر الإشارة إلى أن هذه الورقة لم تنشر مؤشراً موحداً لـ "تحقيق دقة تشغيل بنسبة 99% لمصفوفة البتات الكمومية الثمانية بأكملها". إن دقة بوابات البتة الواحدة والبتتين التي تتجاوز 99% تأتي من اختبارات الوحدة الثنائية السابقة التي تم إجراؤها باستخدام نفس عملية CMOS مقاس 300 مم؛ المؤشرات الرئيسية التي نشرتها تجربة البتات الكمومية الثمانية هذه هي: إكمال ضبط جميع النقاط الكمومية الثمانية والتحكم المستقل بها، والحفاظ على زمن الترابط، وتحقيق القراءة المتسلسلة للبتات الكمومية الأربع المركزية، وإكمال عمليات بوابة ثنائية البتات منخفضة ضوضاء الطور بين البتات الكمومية المتجاورة.