<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1675233589947/1675233589947.jpg" width="808" height="624" />傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)很少出錯(cuò)，這在很大程度上要?dú)w功于半導(dǎo)體晶體管的數(shù)字行為。 它們要么開要么關(guān)，對(duì)應(yīng)于經(jīng)典位的 1 和 0。</p> <p>&nbsp;</p> <p>另一方面，量子位或量子位可以等于零、一個(gè)或兩者的任意混合，從而允許量子計(jì)算機(jī)解決某些超出任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)容量的計(jì)算。 然而，量子位的一個(gè)復(fù)雜問題是它們可以占據(jù)計(jì)算 1 和 0 之外的能級(jí)。 如果這些附加級(jí)別太接近一或零，則更有可能發(fā)生錯(cuò)誤。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，晶體管的所有方面都非常均勻。&rdquo;威斯康星大學(xué)麥迪遜分校杰出科學(xué)家 Mark Friesen 說，他是兩篇論文的作者。 &ldquo;硅量子位在很多方面都像晶體管，我們已經(jīng)到了可以很好地控制量子位屬性的階段，除了一個(gè)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這一特性被稱為谷分裂，是計(jì)算零能級(jí)和附加能級(jí)之間的緩沖區(qū)，有助于減少量子計(jì)算錯(cuò)誤。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 12 月發(fā)表在 Nature Communications 上的兩篇論文中，來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、新南威爾士大學(xué)和代爾夫特理工大學(xué)的研究人員表明，調(diào)整量子比特的物理結(jié)構(gòu)（稱為硅量子點(diǎn)）可以產(chǎn)生足夠的谷分裂以減少 計(jì)算錯(cuò)誤。 這些發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)觀點(diǎn)，表明不太完美的硅量子點(diǎn)可能是有益的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>過去，制造量子比特最常見的方法是將量子點(diǎn)嵌入一層稱為硅阱的純硅中，然后將該層夾在兩層硅鍺層之間，層間邊界清晰。 在這些新研究中，半導(dǎo)體量子比特的制造方式類似，硅層位于兩層硅鍺之間。 新特點(diǎn)是在硅層本身添加了鍺。</p> <p>&nbsp;</p> <p>威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)教授 Bob Joynt 說：&ldquo;每個(gè)人都一直認(rèn)為，在量子位設(shè)計(jì)中，你不應(yīng)該搞砸的一件事就是純硅。&rdquo; &ldquo;我們決定，好吧，讓我們稍微搞砸一下。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員故意以稍微不同的方式在硅層中添加鍺，從而搞亂了設(shè)計(jì)。 就像物理學(xué)中的許多成功一樣，他們的成功始于理論計(jì)算。 Joynt 問道，如果整個(gè)井中的鍺濃度以有規(guī)律的波峰和波谷&ldquo;擺動(dòng)&rdquo;，會(huì)發(fā)生什么情況。 Friesen 的小組也為 TU-Delft 的配套論文做出了貢獻(xiàn)，他們指出，即使研究人員試圖將其拒之門外，也會(huì)有少量鍺溢出到井中。 他們問如果在整個(gè)井中隨機(jī)撒上少量鍺會(huì)發(fā)生什么。</p> <p>&nbsp;</p> <p>威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)教授馬克埃里克森說：&ldquo;理論計(jì)算明確表明，包含鍺更好，擺動(dòng)比不擺動(dòng)更好。&rdquo;他的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了新的擺動(dòng)阱量子位。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在確認(rèn)擺動(dòng)阱沒有顯著改變量子點(diǎn)的電子特性后，埃里克森的團(tuán)隊(duì)測(cè)量了這些新結(jié)構(gòu)中能量緩沖器或谷分裂的大小。 對(duì)于嵌入擺動(dòng)井中的量子點(diǎn)，該理論預(yù)測(cè)會(huì)增加 20 微電子伏特。 但在實(shí)驗(yàn)室中，測(cè)得的最大谷分裂接近 250 微電子伏特。 此外，當(dāng)量子點(diǎn)移動(dòng)到井中的新位置時(shí)，谷分裂發(fā)生變化，構(gòu)成擺動(dòng)的原子位于不同的位置。 濃度的波動(dòng)顯然不是影響谷分裂的唯一因素&mdash;&mdash;單個(gè)原子也很重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這個(gè)事實(shí)證明是關(guān)鍵：擺動(dòng)井中的原子分布有些隨機(jī)。 將這種隨機(jī)分布引入數(shù)值模擬可以準(zhǔn)確地解釋觀察到的山谷分裂變化。 在第二篇論文中，F(xiàn)riesen 和他的 TU-Delft 合作者證實(shí)，與沒有鍺存在時(shí)相比，井中均勻分布的隨機(jī)鍺平均會(huì)導(dǎo)致更大的谷分裂。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;與許多人的擔(dān)憂相反，井中的鍺是一個(gè)非常好的主意。&rdquo;埃里克森說。 &ldquo;如果你完全隨機(jī)地噴灑它，沒有濃度波動(dòng)，你會(huì)做得很好。 如果你在其中加入濃度波動(dòng)，你會(huì)做得更好。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>兩種量子比特結(jié)構(gòu)都已申請(qǐng) WARF 的專利保護(hù)，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的團(tuán)隊(duì)正在積極致力于進(jìn)一步增強(qiáng)谷分裂的設(shè)計(jì)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當(dāng)量子計(jì)算機(jī)由硅/硅-鍺量子比特制成時(shí)，它們可能希望在井中加入鍺。&rdquo;Joynt 說。 &ldquo;但我們還不知道。 我們才剛剛開始。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校，Thomas McJunkin、Benjamin Harpt、Yi Feng、Merritt Losert、J. P. Dodson、Michael Wolfe、Don Savage、Max Lagally 和 Sue Coppersmith 也為這項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。 這兩項(xiàng)研究均由美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實(shí)驗(yàn)室 (W911NF-17-1-0274) 下屬的陸軍研究辦公室資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>