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| 本文作者： 包永剛 | 2020-04-16 14:39 |
雷鋒網(wǎng)消息，2020年4月15日，英特爾與QuTech共同在《自然》雜志（Nature）上發(fā)表了一篇論文，證明了在高于1開氏度下，能夠成功控制“高溫”量子位（量子計算的基本單位）。該研究還重點論述了對兩個量子位的單獨相干控制，其單量子位保真度高達99.3%。這些突破突顯出對未來量子系統(tǒng)和硅自旋量子位進行低溫控制的潛力，硅自旋量子位與單電子晶體管極為相似，可以集成在一個封裝內(nèi)。
英特爾已經(jīng)發(fā)明了一種自旋量子位制造流程，基于300毫米工藝技術(shù)，使用的是這種同位素純晶圓（硅晶圓）。（圖片來源：Walden Kirsch/英特爾公司）
這一研究實現(xiàn)了關(guān)鍵性能突破。一般來說，除非將量子位冷卻到接近絕對零度（-273攝氏度，或0開氏度），否則量子位中存儲的量子信息通常很快就會丟失。在《自然》雜志重點報道的研究中，英特爾和QuTech首次展現(xiàn)了如何運行較高溫度、較大密度且相干的量子位。這些密集的量子位能夠在相對較高的溫度下高質(zhì)量運行。
隨著這項研究的開展，研究人員同時證明，1開氏度以上溫度可以實現(xiàn)硅量子點的單量子位控制。但是直到此前，只有在40毫開氏度的低溫下，才能實現(xiàn)對兩個量子位的控制。英特爾與QuTech的合作研究展現(xiàn)了新的突破，在1.1開氏度下，可以運行量子電路中的完整雙量子位邏輯單元。
通過這項研究，英特爾和QuTech還證明了能夠控制雙量子位系統(tǒng)電子自旋的能力，并測量出單量子位保真度高達99.3%，且可對系統(tǒng)進行精確調(diào)整。此外，研究團隊還證明在45毫開氏度到1.25開氏度的溫度范圍內(nèi)，自旋量子位的性能受影響最小。
英特爾研究院量子硬件總監(jiān)Jim Clarke表示：“這項研究代表我們對硅自旋量子位的研究取得了意義非凡的進展，我們認為硅自旋量子位是一個極具潛力的候選技術(shù)，有望賦能商業(yè)規(guī)模級量子系統(tǒng)，因為它們非常類似于英特爾已制造超過50年之久的晶體管。我們證明高溫量子可以在更高的溫度下工作，同時保持高保真度，這為在不會影響量子位性能的情況下，實現(xiàn)各種本地量子位控制選項鋪平了道路。”
據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，目前業(yè)界包括英特爾、IBM、谷歌都在研究超導量子位的路徑。超導量子位是在2000年后由美國的兩家實驗室做出來的，它通過固態(tài)電路超導、零卡爾文或幾個毫卡爾文的溫度下能夠達到量子態(tài)。
硅自旋量子位是英特爾實現(xiàn)量子計算一個獨一無二的路徑，這個路徑非常適合使用英特爾現(xiàn)在的一整套硅半導體工藝，發(fā)揮出英特爾的優(yōu)勢。英特爾已經(jīng)可以在12寸的晶圓上制造出兩個硅自旋量子位，然后控制它們進行糾纏。硅自旋量子位的優(yōu)勢是可以利用具體粒子做量子位，實現(xiàn)起來體積更小，更適合構(gòu)造大型量子計算系統(tǒng)。
雖然不同的量子計算路徑之間是相互獨立的關(guān)系，但目前面臨的挑戰(zhàn)是相同的。能否將量子計算應用于實際問題中，取決于同時以高保真度擴展和控制數(shù)千個（甚至是數(shù)百萬個）量子位的能力。然而，當前的量子系統(tǒng)設(shè)計受限于整體系統(tǒng)尺寸、量子位保真度，尤其是大規(guī)模管理量子所需的控制電子器件的復雜程度。
在一個芯片上集成控制電子器件和自旋量子位，可以大大簡化兩者之間的互連。但是要實現(xiàn)這一目標，提高量子位的工作溫度至關(guān)重要。在此之前，量子計算機被證明只能在毫開爾文的溫度范圍內(nèi)工作——只比絕對零度高出零點幾度。現(xiàn)在，隨著對高溫量子的研究，QuTech與英特爾的合作已經(jīng)證明了一個假設(shè)，即硅自旋量子位有可能在略高于當前量子系統(tǒng)運行溫度中工作，從而向量子計算的可擴展性邁出了一步。
利用硅自旋量子推進量子計算，讓英特爾能夠利用在先進封裝和互連技術(shù)方面的專業(yè)性，為實現(xiàn)量子實用性開辟一條可擴展的道路。英特爾將持續(xù)推進全棧量子系統(tǒng)的發(fā)展，這項研究正是建立在此前的一系列工作之上，包括去年年底推出的首款Horse Ridge低溫量子控制芯片。雷鋒網(wǎng)
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