创建使用晶体管作为Qubits的量子计算机的重要里程碑

复杂的电路概念

寻求工作量子计算机的进步的一个障碍是,进入量子计算机的工作设备并执行实际计算,额函,迄今为止是由大学和少数制作的。但近年来,与法国微电子领导人Cea-Leti合作,泛欧合作一直探索日常晶体管 - 在所有手机中都有数十亿美元 - 他们用作Qubits。

法国公司Leti制造了装满设备的巨型晶片,哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的研究人员在测量后发现,这些工业生产的设备适合作为能够移动到第二维度的量子比特平台,这对工作中的量子计算机来说是重要的一步。结果发表在自然通信

二维阵列中的量子点是前方的飞跃

设备的关键特征之一是量子点的二维阵列。或者更确切地说,通过两个量子点的两个晶格。“我们所表明的是,我们可以在这些量子点中的每一个中的一个中实现单电子控制。这对Qubit的发展非常重要,因为制造Qubits的可能方法之一是使用单个电子的旋转。因此,达到控制单个电子并在2D Quantum Dots中进行的这一目标对我们来说非常重要,“前博士学生Fabio Ansaloni说,现在在NBI的量子设备中心邮寄过量。

2D阵列的量子点

(a)扫描铸造制造的量子点装置之一的电子图像。使用四根独立的控制线(浅灰色),可以在硅(深灰色)中形成四个量子点。这些电线是控制旋钮,其使得所谓的量子门。(b)二维阵列装置的示意图。每个qubit(红色圆圈)可以与二维网络中的最近邻居交互,并绕过一个原因或其他失败的qubit。此设置是“第二维”的手段。信用:Fabio Ansaloni

使用电子旋转已被证明是有利的,以实现Qubits。事实上,他们的“安静”自然使旋转与嘈杂的环境无弱互动,这是获得高度表现额度的重要要求。

已经证明将量子计算机处理器扩展到第二维度,对于更有效地实现量子误差校正程序来说是必不可少的。量子误差校正将使未来量子计算机能够在计算期间对各个Qubit失败的容错容错。

工业规模生产的重要性

NBI量子设备中心助理教授Anasua Chatterjee补充道:“最初的想法是制造一个自旋量子位数组,得到单个电子,并能够控制它们并移动它们。从这个意义上说,Leti能够提供我们使用的样品真是太棒了,这反过来又使我们有可能获得这个结果。大量的信贷流向了泛欧洲项目联盟,以及来自欧盟的慷慨资助,帮助我们慢慢地从一个单电子的量子点发展到有两个电子的水平,现在转向二维阵列。二维阵列是一个非常大的目标,因为它开始看起来像是建造量子计算机所必需的东西。乐视科技多年来参与了一系列项目,这些项目都促成了这一结果。”

让这一点的学分属于欧洲的许多项目

发展一直是渐进的。2015年,格勒诺布尔的研究人员成功地制作了第一个自旋量子比特,但这是基于孔,而不是电子。然后,在“孔制度”中制造的设备的性能不是最佳的,并且该技术已经前进,使得现在在NBI处的设备可以在单个电子状态下具有二维阵列。研究人员解释:“首先,生产工业铸造厂的设备是必需品的。现代工业过程的可扩展性是必不可少的,因为我们开始制造更大的阵列,例如小量子模拟器。其次,在制作量子计算机时,您需要两个维度的数组,并且您需要将外部世界连接到每个Qubit的方式。如果您对每个qubit有4-5个连接,则您可以快速结束低温设置的不切实际的电线。但是我们设法展示的是我们可以拥有一个大门,您可以使用相同的门读取和控制。最后,使用这些工具,我们能够以控制阵列的受控方式移动和交换单个电子,本身是一个挑战。“

二维阵列可以控制错误

控制设备中发生的错误是本身的章节。我们使用的计算机产生了丰富的错误,但它们通过被称为重复代码的原因纠正。在传统的计算机中,您可以在0或A或1中具有信息。为了确保计算的结果是正确的,计算机重复计算,如果一个晶体管发出错误,则通过简单的大多数校正它。如果在其他晶体管中执行的大部分计算,则为1而不是0,则选择1。Quantum计算机中不可能在Quantum计算机中进行精确副本,因此Quantum纠错以另一种方式工作:最先进的物理QUBITS没有低错误率,但如果它们足够了组合在2D阵列中,它们可以保持彼此检查,以便说话。这是现在实现的2D阵列的另一个优点。

来自这个里程碑的下一步

在尼尔斯BoHR学院实现的结果表明,现在可以控制单个电子,并在不存在磁场的情况下执行实验。所以下一步将是寻找旋转 - 自旋签名 - 在磁场的存在下。这对于在数组中的单个Qubits之间实现单个和两个Qubit栅极将是必不可少的。理论表明,一种称为一组完整的量子门的单个单个和两个Qubit栅极足以实现通用量子计算。

参考:“铸造制造的铸造阵列的单电子操作”由Fabio Ansaloni,Anasua Chatterjee,Heorhii Bohuslavskyi,Benoit Bertrand,Louis Hutin,Maud Vinet和Ferdinand Kuemmeth,2020年12月16日,自然通信
DOI:10.1038 / S41467-020-20280-3

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