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硅量子位能夠實現在相對長的距離內通信

發布:laserpulse    |    2019-12-29 23:07    閱讀:383
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普林斯頓大學的一個研究團隊表明,由微波光子介導的硅量子位(qubit)即使在計算機芯片上相距較遠時也可以相互作用。使用多個量子位在硅芯片上相對長距離傳輸消息的能力可以為量子計算開辟新的可能性。由杰森·佩塔(Jason Petta)教授領導的普林斯頓大學團隊通過一個狹窄的腔體連接量子比特,該腔體以類似于向家庭和企業傳遞互聯網信號的光纖電纜方式傳輸光??漲話桓齬庾?,它可以從一個量子位接收消息,然后將其傳輸到下一個量子位。這兩個量子比特相距約二分之一厘米。 (從某種角度看,如果每個量子位都等于房屋的大小,那么一個量子位就可以向位于750英里之外的另一個量子位發送消息。)研究小組說,使這種方法起作用的關鍵是找到一種使量子位和光子以相同頻率振動的方法。該團隊成功地彼此獨立地調諧了兩個量子位,同時仍將它們耦合到光子。研究員費利克斯·博爾詹斯(Felix Borjans)說:“必須使芯片兩側的量子位能量與光子能量保持平衡,以使所有三個元素彼此對話。”

普林斯頓大學的研究人員表明,硅自旋量子位(如框所示)可以與位于計算機芯片上相距很遠的另一個量子位進行通信。 他們的成就可能使多個量子位之間的連接能夠執行復雜的計算。 普林斯頓大學Felix Borjans提供。

每個量子位由陷在雙量子點中的單個電子組成。通過用微波場對電子進行拍擊,研究人員能夠上下翻轉電子的自旋,以將量子位分配為1或0的量子態。微波介導的共振耦合是在兩個電子自旋之間實現的,這些電子自旋之間被比4毫米更大的距離分開。研究人員觀察到,當兩個自旋都調諧到與腔共振時,真空Rabi分裂會增強,這表明兩個自旋與腔光子之間具有相干相互作用。結果表明,微波頻率光子可用于在空間上分離的自旋之間生成遠距離的兩量子位門。

HRL實驗室的高級科學家,該項目的合作者Thaddeus Ladd說:“這是硅中自旋糾纏電子自旋的第一個證明,該距離遠大于容納這些自旋的器件。” “不久前,由于將自旋耦合到微波并避免了硅基器件中的噪聲電荷移動的影響,人們對是否有可能存在疑問。這是硅量子位的重要可能性證明,因為它為如何連接這些量子位以及如何在未來的基于硅的“量子微芯片”中進行幾何布局提供了極大的靈活性。”

為了建立量子電路,研究人員使用了硅和鍺(半導體行業中大量使用的材料)。如今,來自Google、IBM和其他公司的原型量子計算機包含數十種量子比特,這些量子比特是由涉及超導電路的技術制成的,但是從長遠來看,一些技術專家認為硅基量子比特更有希望。英特爾量子硬件總監詹姆斯·克拉克說:“對多個量子位的布線或'互連'是對大型量子計算機的最大挑戰。” “杰森·佩塔(Jason Petta)的團隊在證明自旋量子位可以長距離耦合方面做出了巨大的努力。”佩塔說,研究人員的最終目標是將多個量子位排列在二維網格中,以執行更復雜的計算。他說:“這項研究從長遠來看將有助于改善芯片上以及各個芯片之間的量子位通信。”

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