Nature罕见发两篇"相似"成果量子计算入门瓶颈降低

2020-04-17 16:51

4月16日发表在《自然》杂志的一篇研究，演示了一种可在目前技术能及温度（0.1K）的15倍温度（1.5K）下运作的量子计算平台。尽管这一升温幅度看似并不高，但该研究提出的“热量子位”方案给工程上带来的便利，或将改变量子计算的发展。
《中国科学报》第一时间连线了这篇论文——《硅基量子芯片在高于1K温度下的一种运作方式》（Operation of a silicon quantum processor unit cell above one kelvin）的第一作者杨智寰（C. H.Yang）。他是澳大利亚新南威尔士大学电气工程与电信学院的量子实验科学家兼工程师。

杨智寰（左）和Andrew Dzurak图源：Paul Henderson-Kelly
从0.1K到1.5K
杨智寰提供给记者的一份解读材料中显示，目前国际上正在开发的大多数量子计算机只能在绝对零度以上的几分之一度内工作，主要原因在于添加进系统的每个量子比特都会产生热量，而热量的增加会干扰量子系统进而导致系统失稳。
一般而言，固态（如超导或半导体电路）平台需要约0.1K（—273.05℃）的温度下运转，而这需要投入数百万美元开发接近极限的制冷技术——即便如此，将它们插入常规电路后，它们也会立即因过热停止运作。
杨智寰和同组教授Andrew Dzurak领导的研究团队就为解决这一问题提供了一个可行的“热量子位”方案，并在论文中给出了验证。
“我们用的是硅基MOS（金属—氧化物—半导体）的量子点——这是当今绝大部分芯片的技术——在选材上使用的硅-28同位素，这是一个很好的无自旋材料，它可以令电子的自旋存活更久。”杨智寰告诉《中国科学报》：“得以将平台温度提升，主要依赖于我们读取电子自旋的方式改变。”
他告诉《中国科学报》，此前读取电子自旋是通过电子隧穿到一片二维电子气（2DEG）的方式，这种方式在温度提升时容易因“能量模糊”导致无法读取电子自旋信息。
在此次的试验设计中，他们设计了一种由两个量子比特组成的“单位晶胞&rdquo

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