<p>說明如何使用新的&ldquo;內(nèi)在自旋軌道EDSR&rdquo;過程控制多個量子比特。圖片來源:Tony Melov。</p> <p>&nbsp;</p> <p>新南威爾士大學(xué)悉尼分校的工程師們發(fā)現(xiàn)了一種精確控制量子點中單個電子的新方法，這些量子點運行邏輯門。這種新機制也不那么笨重，需要的零件也更少，這可能是實現(xiàn)大規(guī)模硅量子計算機的關(guān)鍵。</p> <p>&nbsp;</p> <p>量子計算初創(chuàng)公司Diraq和新南威爾士大學(xué)的工程師們的這一偶然發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這是一種我們從未見過的全新效應(yīng)，一開始我們也不太明白，&rdquo;首席作者威爾&middot;吉爾伯特博士說，他是新南威爾士大學(xué)肯辛頓校區(qū)附屬公司Diraq的量子處理器工程師。&ldquo;但很快我們就發(fā)現(xiàn)，這是一種控制量子點自旋的強大新方法。這非常令人興奮。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>邏輯門是所有計算的基本構(gòu)件。它們允許&ldquo;位&rdquo;&mdash;&mdash;或者二進制數(shù)字(0和1)&mdash;&mdash;一起工作來處理信息。然而，一個量子比特(或量子位)同時存在于這兩種狀態(tài)中&mdash;&mdash;這種情況被稱為&ldquo;疊加&rdquo;。這允許大量的計算策略&mdash;&mdash;一些指數(shù)級的快，一些同時操作&mdash;&mdash;超出了經(jīng)典計算機。量子比特本身由&ldquo;量子點&rdquo;組成，量子點是一種微小的納米器件，可以捕獲一個或幾個電子。對電子的精確控制是進行計算所必需的。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">使用電場而不是磁場</span></strong></p> <p><br />新南威爾士大學(xué)工程系的Tuomo Tanttu博士在對控制量子點的十億分之一米大小的設(shè)備進行不同幾何組合的實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的效應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Tanttu博士也是Diraq的測量工程師，他說:&ldquo;我試圖真正準(zhǔn)確地操作一個雙量子比特門，迭代使用許多不同的設(shè)備、略有不同的幾何形狀、不同的材料堆棧和不同的控制技術(shù)。&rdquo;&ldquo;然后這個奇怪的山峰出現(xiàn)了?？雌饋砥渲幸粋€量子比特的旋轉(zhuǎn)速度正在加快，這是我在四年的實驗中從未見過的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>最長時間:量子計算工程師為硅芯片性能設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)</p> <p>&nbsp;</p> <p>工程師們后來意識到，他所發(fā)現(xiàn)的是一種利用電場而不是以前使用的磁場來操縱單個量子比特量子態(tài)的新方法。自2020年發(fā)現(xiàn)量子比特以來，工程師們一直在完善這項技術(shù)，這已成為他們實現(xiàn)狄拉克在單個芯片上構(gòu)建數(shù)十億量子比特雄心的又一工具。</p> <p>&nbsp;</p> <p>吉爾伯特博士說:&ldquo;這是一種操作量子比特的新方法，而且建造起來不那么笨重&mdash;&mdash;你不需要在量子比特旁邊制造鈷微磁鐵或天線來產(chǎn)生控制效果。&rdquo;&ldquo;它消除了在每個門周圍放置額外結(jié)構(gòu)的要求。這樣就不會那么雜亂了。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在不干擾附近其他電子的情況下控制單個電子對硅中的量子信息處理至關(guān)重要。目前已有兩種方法:使用片上微波天線的電子自旋共振(ESR)和依賴誘導(dǎo)梯度磁場的電偶極子自旋共振(EDSR)。這項新發(fā)現(xiàn)的技術(shù)被稱為&ldquo;本征自旋軌道EDSR&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;通常情況下，我們設(shè)計的微波天線提供純磁場，&rdquo;Tanttu博士說。&ldquo;但這種特殊的天線設(shè)計產(chǎn)生的電場比我們想要的要多，但事實證明這是幸運的，因為我們發(fā)現(xiàn)了一種可以用來操縱量子比特的新效應(yīng)。這是你的意外發(fā)現(xiàn)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">在硅量子計算成為現(xiàn)實的基礎(chǔ)上</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>新南威爾士大學(xué)量子工程科學(xué)教授、Diraq首席執(zhí)行官和創(chuàng)始人Andrew Dzurak教授說:&ldquo;這是一種新機制的瑰寶，它只是為我們在過去20年的研究中開發(fā)的專有技術(shù)寶庫增添了一部分。&rdquo;Dzurak教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊于2015年在硅中構(gòu)建了第一個量子邏輯門。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;它建立在我們使硅量子計算成為現(xiàn)實的工作基礎(chǔ)上，基于本質(zhì)上與現(xiàn)有計算機芯片相同的半導(dǎo)體組件技術(shù)，而不是依賴于奇異的材料。</p> <p><img src="https://newsroom.unsw.edu.au/sites/default/files/styles/full_width/public/thumbnails/image_uncropped/03_team_prof_andrew_dzurak_dr_will_gilbert_and_dr_tuomo_tanttu_grant_turner_copy_1.jpg?itok=OjkbQIU-" alt="Andrew Dzurak, Will Gilbert and Tuomo Tanttu" width="563" height="369" />&nbsp;</p> <p>研究團隊:Andrew Dzurak教授，Will Gilbert博士和Tuomo Tanttu博士。圖片:格蘭特&middot;特納。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;由于它基于與當(dāng)今計算機行業(yè)相同的CMOS技術(shù)，我們的方法將使其更容易、更快地擴大商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，并實現(xiàn)我們在單個芯片上制造數(shù)十億量子比特的目標(biāo)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>CMOS(或互補金屬氧化物半導(dǎo)體，發(fā)音為&ldquo;see-moss&rdquo;)是現(xiàn)代計算機的核心制造工藝。它被用于制造各種集成電路組件，包括微處理器、微控制器、存儲芯片和其他數(shù)字邏輯電路，以及圖像傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等模擬電路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>閱讀更多:&ldquo;缺失的拼圖&rdquo;:工程師在量子計算機設(shè)計方面取得了關(guān)鍵進展</p> <p>&nbsp;</p> <p>構(gòu)建量子計算機被稱為&ldquo;21世紀(jì)的太空競賽&rdquo;，這是一項艱巨而雄心勃勃的挑戰(zhàn)，有可能為解決其他不可能的計算提供革命性的工具，比如復(fù)雜藥物和先進材料的設(shè)計，或者快速搜索大量無序的數(shù)據(jù)庫。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們經(jīng)常認為登陸月球是人類最偉大的技術(shù)奇跡，&rdquo;祖拉克教授說。&ldquo;但事實是，今天的CMOS芯片&mdash;&mdash;將數(shù)十億個操作設(shè)備集成在一起，像交響樂一樣工作，而且你可以隨身攜帶&mdash;&mdash;這是一項驚人的技術(shù)成就，它徹底改變了現(xiàn)代生活。量子計算同樣令人震驚。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>