<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1675233589947/1675233589947.jpg" width="808" height="624" />傳統(tǒng)計算機很少出錯，這在很大程度上要歸功于半導體晶體管的數(shù)字行為。 它們要么開要么關，對應于經(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、一個或兩者的任意混合，從而允許量子計算機解決某些超出任何經(jīng)典計算機容量的計算。 然而，量子位的一個復雜問題是它們可以占據(jù)計算 1 和 0 之外的能級。 如果這些附加級別太接近一或零，則更有可能發(fā)生錯誤。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在經(jīng)典計算機中，晶體管的所有方面都非常均勻。&rdquo;威斯康星大學麥迪遜分校杰出科學家 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。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這一特性被稱為谷分裂，是計算零能級和附加能級之間的緩沖區(qū)，有助于減少量子計算錯誤。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 12 月發(fā)表在 Nature Communications 上的兩篇論文中，來自威斯康星大學麥迪遜分校、新南威爾士大學和代爾夫特理工大學的研究人員表明，調(diào)整量子比特的物理結(jié)構(gòu)（稱為硅量子點）可以產(chǎn)生足夠的谷分裂以減少 計算錯誤。 這些發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)觀點，表明不太完美的硅量子點可能是有益的。</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。 新特點是在硅層本身添加了鍺。</p> <p>&nbsp;</p> <p>威斯康星大學麥迪遜分校物理學教授 Bob Joynt 說：&ldquo;每個人都一直認為，在量子位設計中，你不應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，從而搞亂了設計。 就像物理學中的許多成功一樣，他們的成功始于理論計算。 Joynt 問道，如果整個井中的鍺濃度以有規(guī)律的波峰和波谷&ldquo;擺動&rdquo;，會發(fā)生什么情況。 Friesen 的小組也為 TU-Delft 的配套論文做出了貢獻，他們指出，即使研究人員試圖將其拒之門外，也會有少量鍺溢出到井中。 他們問如果在整個井中隨機撒上少量鍺會發(fā)生什么。</p> <p>&nbsp;</p> <p>威斯康星大學麥迪遜分校物理學教授馬克埃里克森說：&ldquo;理論計算明確表明，包含鍺更好，擺動比不擺動更好。&rdquo;他的團隊測試了新的擺動阱量子位。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在確認擺動阱沒有顯著改變量子點的電子特性后，埃里克森的團隊測量了這些新結(jié)構(gòu)中能量緩沖器或谷分裂的大小。 對于嵌入擺動井中的量子點，該理論預測會增加 20 微電子伏特。 但在實驗室中，測得的最大谷分裂接近 250 微電子伏特。 此外，當量子點移動到井中的新位置時，谷分裂發(fā)生變化，構(gòu)成擺動的原子位于不同的位置。 濃度的波動顯然不是影響谷分裂的唯一因素&mdash;&mdash;單個原子也很重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這個事實證明是關鍵：擺動井中的原子分布有些隨機。 將這種隨機分布引入數(shù)值模擬可以準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，與沒有鍺存在時相比，井中均勻分布的隨機鍺平均會導致更大的谷分裂。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;與許多人的擔憂相反，井中的鍺是一個非常好的主意。&rdquo;埃里克森說。 &ldquo;如果你完全隨機地噴灑它，沒有濃度波動，你會做得很好。 如果你在其中加入濃度波動，你會做得更好。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>兩種量子比特結(jié)構(gòu)都已申請 WARF 的專利保護，威斯康星大學麥迪遜分校的團隊正在積極致力于進一步增強谷分裂的設計。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當量子計算機由硅/硅-鍺量子比特制成時，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 也為這項工作做出了貢獻。 這兩項研究均由美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實驗室 (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，不代表指南留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>