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硅量子位能够实现在相对长的距离内通信

发布:laserpulse    |    2019-12-29 23:07    阅读:242
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普林斯顿大学的一个研究团队表明,由微波光子介导的硅量子位(qubit)即使在计算机芯片上相距较远时也可以相互作用。使用多个量子位在硅芯片上相对长距离传输消息的能力可以为量子计算开辟新的可能性。由杰森·佩塔(Jason Petta)教授领导的普林斯顿大学团队通过一个狭窄的腔体连接量子比特,该腔体以类似于向家庭和企业传递互联网信号的光纤电缆方式传输光。空腔包含一个光子,它可以从一个量子位接收消息,然后将其传输到下一个量子位。这两个量子比特相距约二分之一厘米。 (从某种角度看,如果每个量子位都等于房屋的大小,那么一个量子位就可以向位于750英里之外的另一个量子位发送消息。)研究小组说,使这种方法起作用的关键是找到一种使量子位和光子以相同频率振动的方法。该团队成功地彼此独立地调谐了两个量子位,同时仍将它们耦合到光子。研究员费利克斯·博尔詹斯(Felix Borjans)说:“必须使芯片两侧的量子位能量与光子能量保持平衡,以使所有三个元素彼此对话。”

普林斯顿大学的研究人员表明,硅自旋量子位(如框所示)可以与位于计算机芯片上相距很远的另一个量子位进行通信。 他们的成就可能使多个量子位之间的连接能够执行复杂的计算。 普林斯顿大学Felix Borjans提供。

每个量子位由陷在双量子点中的单个电子组成。通过用微波场对电子进行拍击,研究人员能够上下翻转电子的自旋,以将量子位分配为1或0的量子态。微波介导的共振耦合是在两个电子自旋之间实现的,这些电子自旋之间被比4毫米更大的距离分开。研究人员观察到,当两个自旋都调谐到与腔共振时,真空Rabi分裂会增强,这表明两个自旋与腔光子之间具有相干相互作用。结果表明,微波频率光子可用于在空间上分离的自旋之间生成远距离的两量子位门。

HRL实验室的高级科学家,该项目的合作者Thaddeus Ladd说:“这是硅中自旋纠缠电子自旋的第一个证明,该距离远大于容纳这些自旋的器件。” “不久前,由于将自旋耦合到微波并避免了硅基器件中的噪声电荷移动的影响,人们对是否有可能存在疑问。这是硅量子位的重要可能性证明,因为它为如何连接这些量子位以及如何在未来的基于硅的“量子微芯片”中进行几何布局提供了极大的灵活性。”

为了建立量子电路,研究人员使用了硅和锗(半导体行业中大量使用的材料)。如今,来自Google、IBM和其他公司的原型量子计算机包含数十种量子比特,这些量子比特是由涉及超导电路的技术制成的,但是从长远来看,一些技术专家认为硅基量子比特更有希望。英特尔量子硬件总监詹姆斯·克拉克说:“对多个量子位的布线或'互连'是对大型量子计算机的最大挑战。” “杰森·佩塔(Jason Petta)的团队在证明自旋量子位可以长距离耦合方面做出了巨大的努力。”佩塔说,研究人员的最终目标是将多个量子位排列在二维网格中,以执行更复杂的计算。他说:“这项研究从长远来看将有助于改善芯片上以及各个芯片之间的量子位通信。”

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