全球首款3D原子級矽量子晶片架構問世,有望加速實現技術商業化
2020-12-07 騰訊網雷鋒網消息，澳大利亞新南威爾斯大學近日發布消息稱，該校量子計算與通信技術卓越中心（CQC2T）的研究人員已經證明，他們開創性的單原子技術可以適用於構建3D矽量子晶片，實現具有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，朝著構建大規模量子計算機邁出了重要一步。
由2018年澳大利亞年度最佳研究人員和CQC2T教授Michelle Simmons領導的研究人員表示，他們可以將原子量子比特製造技術擴展到多層矽晶體，實現引入的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雜誌上。
該研究小組首次展示了在3D設計中使用原子級量子比特來控制線路的架構的可行性，更重要的是，團隊成員能夠讓3D設備中的不同層實現了納米精度的對齊，並顯示出他們能夠通過所謂的「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一個重大進步。」Michelle Simmons教授表示，「為了能夠持續不斷地糾正量子計算中的錯誤，我們必須能並行控制許多量子比特，這是量子計算領域的一個裡程碑。」
他解釋稱，實現這一目標的唯一方法是使用3D架構，因此他所帶領的團隊在2015年開發出一個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，不高這次的研究成果證明，幾年前所設想的3D方法是可行的。
在論文中，該團隊演示了如何在第一層量子位元之上構建第二個控制平面或層。「這是一個非常複雜的過程，簡單來說就是在構建了第一個平面後，使用一種優化的技術，在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博士解釋道。
此外，團隊成員還證明他們可以將這些層以納米精度對齊。Joris Keiser博士稱，「如果你在第一層矽層上寫了一些東西，然後在上面放了一層矽層，你仍然需要確定你的位置來對齊這兩層的組件。」我們已經展示了一種可以在5納米以下實現對準的技術，這是非常了不起的。」
最後，研究人員還通過單次測量獲得3D設備的量子比特輸出，而不必依賴於數百萬次實驗的平均值，Joris Keiser博士表示這有望促進該技術的進一步升級。
「雖然我們距離大型量子計算機還有至少十年的距離，但CQC2T的工作仍然處於這一領域創新的前沿。」Michelle Simmons教授透露，他們正在系統地開展大規模架構，並將最終實現技術的商業化。
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