全球首款 3D 原子級矽量子晶片架構問世,有望加速實現技術的商業化

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 14 日 17:19 | 分類 尖端科技 , 晶片 , 電腦 follow us in feedly


澳洲新南威爾斯大學近日稱,該校量子計算與通訊技術卓越中心(CQC2T)的研究人員已經證明,開創性的單原子技術可適用構建 3D 矽量子晶片,做到具精確的層間對準和高精度的自旋狀態測量,並達成全球首款 3D 原子級矽量子晶片架構,朝構建大規模量子電腦邁出重要一步。

由 2018 年澳洲年度最佳研究人員和 CQC2T 教授 Michelle Simmons 領導的研究人員表示,可將原子量子位元製造技術擴展到多層矽晶體,達成引入 3D 晶片架構的關鍵組成部分,這項新研究成果表已經發表在《Nature Nanotechnology》期刊。

研究小組首次展示 3D 設計中使用原子級量子位元來控制線路的架構的可行性,更重要的是,團隊成員能讓 3D 設備的不同層達到奈米精度的對齊,並顯示出能透過所謂「單次拍攝」(即在一次測量中,以非常高保真度)讀出量子位元狀態。

「這種 3D 設備架構是矽原子量子位的重大進步」,Michelle Simmons 教授表示,「為了持續不斷糾正量子計算的錯誤,我們必須並行控制許多量子位元,這是量子計算領域的里程碑。」

他解釋,達成這目標的唯一方法是使用 3D 架構,因此他帶領的團隊 2015 年開發出垂直交叉架構並申請了專利。雖然這種多層設備的製造還面臨一系列挑戰,不過這次的研究成果證明,幾年前設想的 3D 方法可行。

論文中,團隊展示如何在第一層量子位元上構建第二個控制平面或層。「這是非常複雜的過程,簡單來說就是構建了第一個平面後,使用優化技術,不影響第一層結構的情況下生長第二層。」CQC2T 研究員兼合著者 Joris Keizer 博士解釋。

此外,團隊成員還證明可將這些層以奈米精度對齊。Joris Keiser 博士稱,「如果你在第一層矽層寫了一些東西,然後在上面放一層矽層,你仍然需要確定你的位置來對齊這兩層組件。我們已展示一種可在 5 奈米以下對準的技術,這非常了不起」。

最後,研究人員還透過單次測量獲得 3D 設備的量子位元輸出,而不必依賴數百萬次實驗的平均值,Joris Keiser 博士表示,這有望促進技術再升級。

「雖然我們距離大型量子電腦還有至少 10 年距離,但 CQC2T 的工作仍然處於這個領域創新的前線。」Michelle Simmons 教授透露,他們正在系統開展大規模架構,並將最終達成技術商業化。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:新南威爾斯大學

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