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量子计算机创建过程中的重要里程碑

量子计算机:寻求工作中的量子计算机所面临的一大障碍是,进入量子计算机并执行实际计算的工作设备,即量子位,迄今为止是由大学制造的,数量很少。但是近年来,泛欧与法国微电子技术领导者CEA-Leti的合作,一直在研究日常晶体管-它们在我们所有手机中都以数十亿计-被用作量子比特。法国的Leti公司生产充满设备的巨型晶圆,经过测量,哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所的研究人员发现,这些工业生产的设备适合用作能够迁移到第二维的qubit平台。工作的量子计算机的步骤。结果现已发布在自然交流。

二维阵列中的量子点是一个飞跃

该设备的关键特征之一是量子点的二维阵列。或更准确地说,是量子点的二乘二晶格。“我们已经表明,我们可以在这些量子点中的每个量子点中实现单电子控制。这对于量子位的发展非常重要,因为制造量子位的一种可能方法是使用单个量子的自旋因此,达到控制单个电子并在二维量子点阵列中进行控制的目标对我们来说非常重要。”前博士Fabio Ansaloni说道。学生,现为NBI量子设备中心博士后。

已经证明,使用电子自旋对于量子位的实现是有利的。实际上,它们的“安静”特性使自旋与嘈杂的环境进行微弱的交互,这是获得高性能量子位的重要要求。

已经证明,将量子计算机处理器扩展到第二维对于更有效地实现量子错误校正例程至关重要。量子纠错将使未来的量子计算机能够容忍计算过程中出现的各个量子位故障。

工业规模生产的重要性

NBI量子设备中心助理教授Anasua Chatterjee补充说:“最初的想法是制造一系列自旋量子比特,深入到单个电子,并能够控制它们并移动它们。从这个意义上讲,这确实很棒Leti能够提供我们使用过的样品,这反过来又使我们有可能获得此结果。泛欧洲项目财团获得了很多荣誉,欧盟也提供了慷慨的资金,帮助我们缓慢发展从一个带单个电子的量子点到两个电子,再到二维阵列,二维阵列是一个很大的目标,因为这看起来像是您绝对需要构建一个量子的东西多年来,莱蒂(Letti)参与了一系列项目,这些都为这一结果做出了贡献。”

取得如此成就的功劳属于整个欧洲的许多项目

发展是逐步的。2015年,格勒诺布尔的研究人员成功制造出了第一个自旋量子比特,但这是基于空穴而不是电子。那时,在“空穴状态”下制造的器件的性能并不是最佳的,并且该技术已经进步,因此现在位于NBI的器件可以在单个电子状态下具有二维阵列。研究人员解释说,进展是三方面的:“首先,必须在工业铸造厂生产器件。现代工业过程的可扩展性对于我们开始制造更大的阵列(例如用于小型量子模拟器)至关重要。其次,制作量子计算机时,需要二维数组,并且需要一种将外部世界连接到每个量子位的方法。如果每个量子位有4-5个连接,您很快就会因低温设置中的导线数量过多而变得不切实际。但是我们设法证明的是,每个电子可以有一个门,并且您可以使用同一门进行读取和控制。最后,使用这些工具,我们能够在阵列中以受控方式移动和交换单个电子,这本身就是一个挑战。”

二维数组可以控制错误

控制设备中发生的错误本身就是一章。我们今天使用的计算机会产生大量错误,但是会通过所谓的重复代码进行纠正。在常规计算机中,您可以使用0或1中的信息。为确保计算结果正确,计算机将重复计算,并且如果一个晶体管出错,则可以通过简单多数来纠正。如果在其他晶体管中执行的大多数计算都指向1而不是0,则将结果选择1。在量子计算机中这是不可能的,因为您无法精确复制量子位,因此量子纠错以另一种方式起作用:先进的物理量子位还没有较低的错误率,但是如果它们足够的话组合成二维阵列,它们可以相互检查,可以这么说。这是现在实现的二维阵列的另一个优点。

这个里程碑的下一步

尼尔斯·波尔研究所(Niels Bohr Institute)的结果表明,现在可以控制单个电子,并在没有磁场的情况下进行实验。因此,下一步将是在存在磁场的情况下寻找自旋(自旋签名)。这对于在阵列中单个量子位之间实现单个和两个量子位门至关重要。理论表明,少数单个和两个量子位门(称为完整的量子门集)足以实现通用量子计算。

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