头条量子计算谷歌和IBM的努力大多侧重于建立量子比特,称为量子比特,超导材料的循环。但最近一次突破可以使不同的技术基于spin-based硅量子位最终主宰量子计算机的兴起。
的理论优势量子计算同时依赖于量子比特表示多个州,而经典的计算只能代表信息为1或0。为此,澳大利亚和美国研究人员已经开发出基于量子位核或电子自旋状态的磷原子嵌入硅。他们最新的工作已经取得了“触发器量子位”的概念,结合电子和核自旋一个方法,使邻近的量子位元保持耦合在一起尽管相隔较大的物理距离。反过来,使其更容易构建控制方案所需的大数组的量子位成熟的量子计算。
“[T]他真正的挑战在100年制造和运营,1000年甚至数百万个量子位元是如何将古典的组件,如互联和读出晶体管,”说安德里亚黑樱桃量子物理学家,新南威尔士大学在澳大利亚。“所以,量子比特互相间隔由200到500纳米之间意味着我们都空间点缀所有经典控制和读出的基础设施,在使用半导体行业的制造技术已经司空见惯。”
黑樱桃口无遮拦在描述他的团队的概念insight-spearheaded第一作者Guilherme托西发表在在线杂志2017年9月6日自然通讯- - - - - -“天才之举。“乍一看似乎违反直觉,因为它显然放弃潜在的两个qubits-one基于电子自旋和一个基于核旋转换取一个量子位。
艺术家的印象是“触发器”量子位纠缠的量子态。说明:托尼Melov
但是研究者根据新南威尔士大学和普渡大学在美国很快意识到触发器量子位的优势来自于诱导电动dipole-separation的积极和消极指控拉电子有点远离磷原子的原子核(这本身就是嵌入到硅)。,电偶极子使spin-based硅量子比特继续纠缠在一起更长的距离,能够相互影响通过量子物理学。个别量子位之间的更广泛的分离更容易挤出所需的经典计算电路控制量子位。
这个概念上的突破,构建更大的数组spin-based硅量子比特可以改变量子计算的未来方向。例外的加拿大公司递波,大多数公司都专注于建筑普遍gate-model量子计算机可以解决各种各样的问题。最大的通用量子计算机器建造迄今为止基于超导量子位arrays-an方法等科技巨头拥抱谷歌和IBM。到2017年底,谷歌打算建立一个49-qubit芯片基于超导量子比特可以明确证明量子计算的首次超越经典计算机的能力。
(商家ieee-pullquote报价= " " (B)通过我们所知道的现在,我想象,硅可以成为成千上万的系统选择的量子位元水平。”“浮动= "正确"扩大= 1)澳洲团队推动spin-based硅量子比特相比之下更温和的目标:开发一个10-qubit数组到2022年。但是新的触发器量子位的方法可以使它更现实、更经济”扩大到超过10个量子位,最终规模数千或数百万量子位,黑樱桃说。(spin-based硅量子比特和超导量子比特可以制造相对容易基于现代半导体工业技术。)
黑樱桃设想spin-based硅量子比特可能接管在超导量子比特的量子计算比赛,可能在十年内实现。这是因为更大的超导量子比特阵列最终可能遇到扩展问题,因为它们相对较大的个别量子位的大小。相比之下,研究人员可以理论上的地方超过一百万spin-based硅量子比特的平方毫米空间。“[B]基于我们所知道的现在,我想象硅可能成为选择的系统在数千或数百万量子位元层面,“黑樱桃说。
研究人员还发现,新的触发器量子位与电场可以控制,而不是磁场。这是一件大事,因为电子和核自旋的磷原子反应只有非常微弱的磁场。以前,研究人员尝试创造更强的磁场可能影响自旋发售的代价也创建可能干扰电场组件从量子比特用来读出信息。
黑樱桃和他的同事们最终意识到触发器量子位对共振电场的反应很强烈,“精确的频率的电子和原子核相互触发器,“黑樱桃解释道。作为一个额外的好处,触发器量子位不应对任何其他特定频率的电场之外。这意味着研究人员可以使用一个相对较弱的电场来控制触发器量子位,确信没有其他电场干扰会扰乱量子位的操作。
不需要只有一个赢家spin-based硅量子比特和超导量子比特之间的量子计算的长期竞争。一些超导量子位架构称为transmon量子位元,可以用触发器量子位自然界面位于硅,黑樱桃说。此外,超导量子比特经常制造一层的硅片。很可能,研究人员可能希望最终“硅混合和匹配触发器量子位与超导量子比特”在未来量子计算的应用程序——利用两全其美的方法。
