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迄今“最安靜”半導體量子比特問世
發布日期:2020-10-16

  科技日報北京10月11日電 (記者劉霞)澳大利亞新南威爾士大學研究人員在最新一期《先進材料》雜志上撰文指出,他們研制出了迄今“最安靜”——噪音最低的半導體量子比特,為進一步研制出大規模糾錯量子計算機奠定了基礎。

  為使量子計算機執行有用的計算,由量子比特編碼的量子信息的精確度必須盡量達到100%。由硅內原子的電子制成的量子比特,有助于科學家研制出大規模量子計算機,但硅材料內的缺陷會引起電荷噪音,干擾量子信息,影響其準確性——即便材料內只有很少雜質,都會影響電荷噪音的水平。

  正如最新研究主要作者路德維克·克蘭茲所說:“半導體量子比特內的電荷噪音一直是實現大規模糾錯量子計算機所需精度水平的主要‘攔路虎’”。

  鑒于此,在最新研究中,克蘭茲團隊通過減少硅芯片內的雜質,并使其內的磷原子遠離產生大多數噪音的表面和交界面,創造出了迄今噪音水平最低的半導體量子比特。

  克蘭茲表示:“通過優化硅芯片制造工藝,我們獲得了比以前記錄低10倍的噪音水平,這是迄今半導體量子比特的最低電荷噪音水平。我們的研究表明,可以將電荷噪音降低到非常低的水平,從而將其對量子比特的影響降到最低。”

  此外,研究人員表示,為執行大規模量子計算所需的無差錯計算,兩量子比特門——任何量子計算機的核心構件的準確性要求超過99%。為達到這一保真度閾值,量子操作需要穩定且快速,米歇爾·西蒙斯領導的團隊最近證明,他們可以在1微秒內讀出量子比特。

  西蒙斯說:“這項研究與最新的最低電荷噪音研究結果相結合,硅原子量子比特有可能實現99.99%的保真度。我們正致力于研制出集幾大優點于一體的設備,快速、穩定、準確率高并相干時間長,這是向全尺寸硅量子處理器邁出的重要一步。”

  據悉,西蒙斯團隊正在利用硅建造商用量子計算機,他們希望2023年前可以研制出擁有10個量子比特的量子集成處理器原型。

  總編輯圈點

  量子計算機與經典計算機迥然不同。舉例來說,經典計算機的最基本單元是由0和1組成的比特;而量子計算機以量子比特為基本信息單元,量子比特既可以是0,也可以是1。量子計算機的研發目前仍面臨多個核心難題,其中包括量子比特保真度以及量子相干性的保持等。說到這里,不難看出上述研究的意義所在:降低半導體量子比特的電荷噪音,提升其保真度,正是在攻克量子計算機研發核心難題方面,又邁出一大步。

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