<p>說(shuō)明如何使用新的&ldquo;內(nèi)在自旋軌道EDSR&rdquo;過(guò)程控制多個(gè)量子比特。圖片來(lái)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(diǎn)中單個(gè)電子的新方法，這些量子點(diǎn)運(yùn)行邏輯門(mén)。這種新機(jī)制也不那么笨重，需要的零件也更少，這可能是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模硅量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。</p> <p>&nbsp;</p> <p>量子計(jì)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(jiàn)過(guò)的全新效應(yīng)，一開(kāi)始我們也不太明白，&rdquo;首席作者威爾&middot;吉爾伯特博士說(shuō)，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(diǎn)自旋的強(qiáng)大新方法。這非常令人興奮。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>邏輯門(mén)是所有計(jì)算的基本構(gòu)件。它們?cè)试S&ldquo;位&rdquo;&mdash;&mdash;或者二進(jìn)制數(shù)字(0和1)&mdash;&mdash;一起工作來(lái)處理信息。然而，一個(gè)量子比特(或量子位)同時(shí)存在于這兩種狀態(tài)中&mdash;&mdash;這種情況被稱(chēng)為&ldquo;疊加&rdquo;。這允許大量的計(jì)算策略&mdash;&mdash;一些指數(shù)級(jí)的快，一些同時(shí)操作&mdash;&mdash;超出了經(jīng)典計(jì)算機(jī)。量子比特本身由&ldquo;量子點(diǎn)&rdquo;組成，量子點(diǎn)是一種微小的納米器件，可以捕獲一個(gè)或幾個(gè)電子。對(duì)電子的精確控制是進(jìn)行計(jì)算所必需的。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">使用電場(chǎng)而不是磁場(chǎng)</span></strong></p> <p><br />新南威爾士大學(xué)工程系的Tuomo Tanttu博士在對(duì)控制量子點(diǎn)的十億分之一米大小的設(shè)備進(jìn)行不同幾何組合的實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的效應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Tanttu博士也是Diraq的測(cè)量工程師，他說(shuō):&ldquo;我試圖真正準(zhǔn)確地操作一個(gè)雙量子比特門(mén)，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(gè)奇怪的山峰出現(xiàn)了?？雌饋?lái)其中一個(gè)量子比特的旋轉(zhuǎn)速度正在加快，這是我在四年的實(shí)驗(yàn)中從未見(jiàn)過(guò)的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>最長(zhǎng)時(shí)間:量子計(jì)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(lái)意識(shí)到，他所發(fā)現(xiàn)的是一種利用電場(chǎng)而不是以前使用的磁場(chǎng)來(lái)操縱單個(gè)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(lái)，工程師們一直在完善這項(xiàng)技術(shù)，這已成為他們實(shí)現(xiàn)狄拉克在單個(gè)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(shuō):&ldquo;這是一種操作量子比特的新方法，而且建造起來(lái)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(lái)產(chǎn)生控制效果。&rdquo;&ldquo;它消除了在每個(gè)門(mén)周?chē)胖妙~外結(jié)構(gòu)的要求。這樣就不會(huì)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(gè)電子對(duì)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(lài)誘導(dǎo)梯度磁場(chǎng)的電偶極子自旋共振(EDSR)。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的技術(shù)被稱(chēng)為&ldquo;本征自旋軌道EDSR&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;通常情況下，我們?cè)O(shè)計(jì)的微波天線提供純磁場(chǎng)，&rdquo;Tanttu博士說(shuō)。&ldquo;但這種特殊的天線設(shè)計(jì)產(chǎn)生的電場(chǎng)比我們想要的要多，但事實(shí)證明這是幸運(yùn)的，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)了一種可以用來(lái)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(jì)算成為現(xiàn)實(shí)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(shuō):&ldquo;這是一種新機(jī)制的瑰寶，它只是為我們?cè)谶^(guò)去20年的研究中開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有技術(shù)寶庫(kù)增添了一部分。&rdquo;Dzurak教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于2015年在硅中構(gòu)建了第一個(gè)量子邏輯門(mén)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;它建立在我們使硅量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)的工作基礎(chǔ)上，基于本質(zhì)上與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)芯片相同的半導(dǎo)體組件技術(shù)，而不是依賴(lài)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(tuán)隊(duì):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(jì)算機(jī)行業(yè)相同的CMOS技術(shù)，我們的方法將使其更容易、更快地?cái)U(kuò)大商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，并實(shí)現(xiàn)我們?cè)趩蝹€(gè)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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，發(fā)音為&ldquo;see-moss&rdquo;)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面取得了關(guān)鍵進(jìn)展</p> <p>&nbsp;</p> <p>構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為&ldquo;21世紀(jì)的太空競(jìng)賽&rdquo;，這是一項(xiàng)艱巨而雄心勃勃的挑戰(zhàn)，有可能為解決其他不可能的計(jì)算提供革命性的工具，比如復(fù)雜藥物和先進(jìn)材料的設(shè)計(jì)，或者快速搜索大量無(wú)序的數(shù)據(jù)庫(kù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們經(jīng)常認(rèn)為登陸月球是人類(lèi)最偉大的技術(shù)奇跡，&rdquo;祖拉克教授說(shuō)。&ldquo;但事實(shí)是，今天的CMOS芯片&mdash;&mdash;將數(shù)十億個(gè)操作設(shè)備集成在一起，像交響樂(lè)一樣工作，而且你可以隨身攜帶&mdash;&mdash;這是一項(xiàng)驚人的技術(shù)成就，它徹底改變了現(xiàn)代生活。量子計(jì)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(diǎn)。</p> </blockquote>