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六硅基量子位处理器首次实现完全控制

2022-09-30 09:07:16 | 来源: 科技日报 | 责编: 田蜜
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  原标题:六硅基量子位处理器首次实现完全控制 有望催生可扩展量子计算机

  荷兰科学家首次实现了由6个硅基量子比特组成的完全可互操作的量子阵列。而且,他们借助新的芯片设计方法、自动化校准程序,以及量子比特初始化和读出方法,能以较低错误率操作这些量子比特,有望催生硅基可扩展量子计算机。相关研究刊发于今天出版的《自然》杂志。

  量子比特是量子计算机的基本计算单位,目前有几种材料可用来制造量子比特,如超导回路、硅等,但哪种材料最适合建造大型量子计算机仍然未知。科学家们迄今只实现了较小规模硅量子芯片(由3个硅量子比特组成)高质量操作。在最新研究中,由利文·范德西彭教授领导的QuTech研究人员制造出了上述低错误率6硅基量子比特芯片。QuTech是由代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织(TNO)组成的先进量子计算研究中心。

  为制造出这些量子比特,研究人员首先将单个电子置于一个由6个间隔90纳米的“量子点”组成的线性阵列中。量子点阵列在硅芯片内制造,硅芯片的结构与晶体管非常相似。他们用自旋来定义量子比特,自旋方向代表0或1。随后,该团队使用经过微调的微波辐射、磁场和电势来控制和测量单个电子的自旋,并使它们相互作用。

  自旋是一种非常微妙的性质,电磁环境的微小变化会导致自旋方向波动,增加错误率。在最新研究中,QuTech团队基于他们此前处理量子点的经验,采用新方法来制备、控制和读取电子的自旋态。利用量子比特的这种新排列,他们可以按需创建出逻辑门和由2个或3个电子组成的纠缠系统。

  研究人员指出,科学家们已经制造出由超过50个超导量子比特组成的量子阵列,但鉴于硅基技术已经被广泛研究,基础设施完备,有望更容易从研究转移到工业。

  范德西彭说:“在这项研究中,我们增加了硅基量子比特的数量,实现了高初始化保真度、高读出保真度,高单量子比特门保真度和高双量子比特状态保真度。而且其中的关键模块可扩展,增加更多量子比特。”(记者 刘霞)

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