全球首款3D原子級矽量子芯片架構問世有望加速實現技術的商業化

全球首款3D原子級矽量子芯片架構問世有望加速實現技術的商業化

澳大利亞新南威爾士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矽量子芯片,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原子級矽量子芯片架構,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芯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里程碑。”

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年出一個垂直交叉架構併申請了專利。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,該團隊演示瞭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。

via:新南威爾士大學官網

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