澳大利亚物理学家已经建立了量子计算机中心构建块的超快版本

要闻 2021-06-10 03:46:30

澳大利亚科学家将嵌入在硅芯片中的两个电子自旋连接在一起形成一个双量子位门,这是量子计算机的基本构建模块。该栅极比其他任何类型的栅极快200倍,仅需0.8纳秒即可完成操作,并使用以高精度和极低噪声着称的基于原子的量子比特。

悉尼新南威尔士大学的研究小组在“ 自然 ”杂志上报道,该装置属于一种称为SWAP门的类型,其中量子信息在两个量子位之间交换:电子自旋附着在嵌入硅晶体中的磷原子上。

门的速度来自两个原子的紧密接近,相距仅13纳米。在这种小的分离中,它们的相互作用可以很强但仍然受到严格控 虽然是隔离的,但它们足够接近,可以通过电压将它们推到一起,以实现信息交换。

团队领导者,以及2018年度澳大利亚年度人物,米歇尔西蒙斯说,制造设备所需的精度达到了人类可能的极限。

“很多人都认为这是不可能的。为了能够在最小的水平上控制自然,以便我们可以创建两个量子位之间的相互作用,而且还可以单独地与每个量子位进行对话而不会打扰另一个量子位,这是令人难以置信的,“她说。

“利用我们独特的制造技术,我们已经证明了能够以非常高的精度读取和初始化硅中原子量子位上的单电子自旋。

“我们还证明了我们的原子级电路具有最低的电噪声,可用于连接半导体量子比特的任何系统。”

现在,该团队已经创建了一个双量子比特门,它计划将它们结合起来,开始构建一个完全成熟的量子计算机。它的目标是一个10比特的集成电路,它的目标是在未来三到四年内创建。

两个量子比特门是迈向该目标的重要一步。它相当于传统计算机中的逻辑门; 并且,当与单量子位门组合时,可用于运行任何量子算法。

新南威尔士大学的团队使用扫描隧道显微镜来分析每个电子轨道的确切形状,称为波函数,以计算出可扩展处理器所需的最佳角度和距离。

“我们实际上可以直接用扫描探针尖端对波函数进行成像,并将其输入数学模型,以找到设计它的最佳方法,”西蒙斯说。

其中一个惊喜是使用非对称量子比特可以更好地运行门。一个量子位是位于三个磷原子组中的电子,而第二个量子位仅包含两个原子。

该团队还找到了一种方法,通过附加一种称为储能电路的电路来提高初始化和读出量子位的速度,该电路使用交流电而非直流电测量。

量子计算机的功率随着量子比特的数量呈指数增长,但西蒙斯指出,在能够实现功率之前,需要量子纠错,需要额外的量子比特来纠正错误。

“要制作一台通用量子计算机,你要确保错误不会累积,”她说。

“因此,您可以使用辅助量子比特来围绕数据量子比特,您可以将它们与它们纠缠在一起,以便在不干扰数据量子比特的情况下探测正在发生的事情。

“纠错是一个复杂的过程,对于大型计算机来说是必需的,并且增加了最终所需的物理量子位数。

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