總結(jié): 研究人員在一個完全可互操作的陣列中設(shè)計了創(chuàng)紀(jì)錄的6個硅基自旋量子位。重要的是，量子位可以以低錯誤率運行，這是通過新的芯片設(shè)計、自動化校準(zhǔn)程序以及量子位初始化和讀出的新方法實現(xiàn)的。這些進展有助于實現(xiàn)基于硅的可擴展量子計算機。



代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）和TNO大學(xué)的合作機構(gòu)——QuTech的研究人員在一個完全可互操作的陣列中設(shè)計了創(chuàng)紀(jì)錄的6個硅基自旋量子位。重要的是，量子位可以以低錯誤率運行，這是通過新的芯片設(shè)計、自動化校準(zhǔn)程序以及量子位初始化和讀出的新方法實現(xiàn)的。這些進展將有助于實現(xiàn)基于硅的可擴展量子計算機。該結(jié)果已經(jīng)在的《自然》雜志上發(fā)表。

不同的材料可以用來生產(chǎn)量子比特，這是經(jīng)典計算機比特的量子模擬，但沒有人知道哪種材料最適合建造大規(guī)模量子計算機。到目前為止，只有較小規(guī)模的具有高質(zhì)量量子位操作的硅量子芯片演示�，F(xiàn)在，由Lieven Vandersypen教授領(lǐng)導(dǎo)的QuTech的研究人員已經(jīng)生產(chǎn)出了一種6量子位的硅芯片，這種芯片的錯誤率很低。這是向使用硅的容錯量子計算機邁出的重要一步。

為了制造量子位，單個電子被放置在六個“量子點”的線性陣列中，間隔90納米。量子點陣列是在硅芯片上制成的，其結(jié)構(gòu)與晶體管非常相似，晶體管是每個計算機芯片中的常見組件。稱為自旋的量子力學(xué)性質(zhì)用于定義量子位，其方向定義為0或1邏輯狀態(tài)。該團隊使用微調(diào)的微波輻射、磁場和電勢來控制和測量單個電子的自旋，并使它們相互作用。

六量子位量子處理器。這些量子位是通過調(diào)整芯片上紅色、藍(lán)色和綠色導(dǎo)線的電壓產(chǎn)生的。被稱為SD1和SD2的結(jié)構(gòu)是極其敏感的電場傳感器，甚至可以檢測到單個電子的電荷。這些傳感器與先進的控制方案一起允許研究人員將單個電子放置在標(biāo)記為(1)-(6)的位置，然后作為量子位進行操作。

“今天的量子計算挑戰(zhàn)由兩部分組成，”第一作者Stephan Philips先生解釋道�！伴_發(fā)質(zhì)量足夠好的量子位，并開發(fā)一種允許人們建立大型量子位系統(tǒng)的架構(gòu)。我們的工作屬于這兩類。由于建造量子計算機的總體目標(biāo)是一項巨大的努力，我認(rèn)為可以說我們在正確的方向上做出了貢獻�！�

電子自旋是一種微妙的性質(zhì)。電磁環(huán)境的微小變化會導(dǎo)致自旋方向波動，這增加了錯誤率。QuTech團隊基于他們以前的經(jīng)驗，用新的方法設(shè)計量子點，以制備、控制和讀取電子的自旋狀態(tài)。使用這種新的量子位排列，他們可以創(chuàng)造邏輯門，并根據(jù)需要糾纏兩個或三個電子的系統(tǒng)。

使用超導(dǎo)量子位已經(jīng)制造出超過50個量子位的量子陣列。然而，由于硅工程基礎(chǔ)設(shè)施的全球可用性，硅量子器件具有更容易從研究轉(zhuǎn)移到工業(yè)的前景。硅帶來了一定的工程挑戰(zhàn)，在QuTech團隊的這項工作之前，只有多達三個量子位的陣列可以在硅中設(shè)計而不犧牲質(zhì)量。

“這篇論文表明，通過精心的工程設(shè)計，有可能增加硅自旋量子位的數(shù)量，同時保持與單個量子位相同的精度。這項研究中開發(fā)的關(guān)鍵構(gòu)建模塊可以用于在下一輪研究中添加更多的量子位，”合著者Mateusz Madzik博士說。

“在這項研究中，我們推動了硅中量子位數(shù)量的極限，實現(xiàn)了高初始化保真度、高讀出保真度、高單量子位門保真度和高雙量子位狀態(tài)保真度，”Vandersypen教授說。“但真正意義是，我們在一個實驗中一起展示了創(chuàng)紀(jì)錄數(shù)量的量子位的所有這些特征�！�

查詢進一步信息，請訪問英文網(wǎng)站hhttps://qutech.nl/2022/09/28/full-control-of-a-six-qubit-quantum-processor-in-silicon/。（鐠元素）