六硅基量子位處理器首次實現(xiàn)完全控制

  ICC訊 荷蘭科學(xué)家首次實現(xiàn)了由6個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)計方法、自動化校準(zhǔn)程序，以及量子比特初始化和讀出方法，能以較低錯誤率操作這些量子比特，有望催生硅基可擴(kuò)展量子計算機(jī)。相關(guān)研究刊發(fā)于今天出版的《自然》雜志。

  量子比特是量子計算機(jī)的基本計算單位，目前有幾種材料可用來制造量子比特，如超導(dǎo)回路、硅等，但哪種材料最適合建造大型量子計算機(jī)仍然未知?？茖W(xué)家們迄今只實現(xiàn)了較小規(guī)模硅量子芯片（由3個硅量子比特組成）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)量子計算研究中心。

  為制造出這些量子比特，研究人員首先將單個電子置于一個由6個間隔90納米的“量子點(diǎn)”組成的線性陣列中。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。他們用自旋來定義量子比特，自旋方向代表0或1。隨后，該團(tuán)隊使用經(jīng)過微調(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。

  自旋是一種非常微妙的性質(zhì)，電磁環(huán)境的微小變化會導(dǎo)致自旋方向波動，增加錯誤率。在最新研究中，QuTech團(tuán)隊基于他們此前處理量子點(diǎn)的經(jīng)驗，采用新方法來制備、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)建出邏輯門和由2個或3個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50個超導(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：“在這項研究中，我們增加了硅基量子比特的數(shù)量，實現(xiàn)了高初始化保真度、高讀出保真度，高單量子比特門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。”