荷蘭科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了由6個(gè)硅基量子比特組成的完全可互操作的量子陣列。而且，他們借助新的芯片設(shè)計(jì)方法、自動(dòng)化校準(zhǔn)程序，以及量子比特初始化和讀出方法，能以較低錯(cuò)誤率操作這些量子比特，有望催生硅基可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)。相關(guān)研究刊發(fā)于今天出版的《自然》雜志。

量子比特是量子計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算單位，目前有幾種材料可用來(lái)制造量子比特，如超導(dǎo)回路、硅等，但哪種材料最適合建造大型量子計(jì)算機(jī)仍然未知?？茖W(xué)家們迄今只實(shí)現(xiàn)了較小規(guī)模硅量子芯片(由3個(gè)硅量子比特組成)高質(zhì)量操作。在最新研究中，由利文·范德西彭教授領(lǐng)導(dǎo)的QuTech研究人員制造出了上述低錯(cuò)誤率6硅基量子比特芯片。QuTech是由代爾夫特理工大學(xué)和荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織(TNO)組成的先進(jìn)量子計(jì)算研究中心。

為制造出這些量子比特，研究人員首先將單個(gè)電子置于一個(gè)由6個(gè)間隔90納米的“量子點(diǎn)”組成的線(xiàn)性陣列中。量子點(diǎn)陣列在硅芯片內(nèi)制造，硅芯片的結(jié)構(gòu)與晶體管非常相似。他們用自旋來(lái)定義量子比特，自旋方向代表0或1。隨后，該團(tuán)隊(duì)使用經(jīng)過(guò)微調(diào)的微波輻射、磁場(chǎng)和電勢(shì)來(lái)控制和測(cè)量單個(gè)電子的自旋，并使它們相互作用。

自旋是一種非常微妙的性質(zhì)，電磁環(huán)境的微小變化會(huì)導(dǎo)致自旋方向波動(dòng)，增加錯(cuò)誤率。在最新研究中，QuTech團(tuán)隊(duì)基于他們此前處理量子點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)，采用新方法來(lái)制備、控制和讀取電子的自旋態(tài)。利用量子比特的這種新排列，他們可以按需創(chuàng)建出邏輯門(mén)和由2個(gè)或3個(gè)電子組成的糾纏系統(tǒng)。

研究人員指出，科學(xué)家們已經(jīng)制造出由超過(guò)50個(gè)超導(dǎo)量子比特組成的量子陣列，但鑒于硅基技術(shù)已經(jīng)被廣泛研究，基礎(chǔ)設(shè)施完備，有望更容易從研究轉(zhuǎn)移到工業(yè)。

范德西彭說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中，我們?cè)黾恿斯杌?span id="wxcifna" class="keyword">量子比特的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了高初始化保真度、高讀出保真度，高單量子比特門(mén)保真度和高雙量子比特狀態(tài)保真度。而且其中的關(guān)鍵模塊可擴(kuò)展，增加更多量子比特。”(科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞)

標(biāo)簽： 六硅基量子位處理器 首次實(shí)現(xiàn) 完全控制 有望催生可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)