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半导体和电子

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硅量子逻辑门是第一个

旋转医生:Menno Veldhorst和Andrew Dzurak的CNOT门

澳大利亚和日本的研究人员揭开了第一款由硅制成的量子逻辑器件的面纱。他们的非受控(CNOT)门是量子计算机的基本组件,是使用常规的半导体制造工艺制成的。研究人员现在计划扩大该技术的规模,以制造出一个完整的量子计算机芯片。

量子计算机利用量子力学的怪异定律比常规计算机更快地执行一些计算–至少在原则上。试图建造量子计算机的物理学家面临的主要挑战是如何保存易碎的信息量子位(qubit),而这些信息在现实世界中往往会迅速恶化。

一种方法是利用电子的自旋–可以向上或向下–作为一个量子位。自旋量子位是由称为量子点的半导体小块制成的,而量子逻辑器件是通过将这些量子位耦合在一起而制成的。不幸的是,这些设备中的自旋状态迅速恶化– or “decohere” –通过与通常用于制造量子点的化合物半导体材料中的核自旋相互作用。

硅旋转

This source of 装饰nce can be greatly reduced by making the dots from silicon, the most common isotope of which (silicon-28) has zero nuclear spin. The new CNOT logic gate, which has been created by 安德鲁·德祖拉克(Andrew Dzurak)新南威尔士大学和庆应义University大学的Menno Veldhorst及其同事首次通过耦合两个硅自旋量子位制成。

通过将电极阵列放置在一块硅28的顶部来制作两个量子点。通过向一些电极施加电压,两个电子被困在硅中,相隔约100 纳米通过使用电极之一作为天线产生微波脉冲来设置这些电子自旋状态–一种称为电子自旋共振(ESR)的技术。可以通过使用电极将电场施加到其中一个自旋上来单独设置自旋量子位的状态,这会改变自旋对微波信号的响应方式。量子位的值也使用ESR读出。

自旋通过交换相互作用耦合,这是一种纯粹的量子力学效应,可以调整以使自旋指向同一方向或相反方向。通过调整某些电极上的电压可以完成此调整。

需要改进

该团队通过首先在特定配置中初始化自旋来验证它已创建CNOT门,例如,同时降低旋转速度。然后将一系列微波脉冲和电压施加到量子位以创建CNOT门。当团队读出量子位的值时,发现它们与CNOT门的预期输出一致。

然而,研究人员说,他们无法证明两个量子位在CNOT过程中被量子力学纠缠,他们说这是读出过程中错误的结果。纠缠是量子逻辑设备操作所必需的,并且该团队现在正在努力改善读出过程,以确认量子位确实被纠缠了。

“硅量子计算机的所有物理构建块现已成功构建,” says Veldhorst.

Dzurak补充说,团队“获得全尺寸量子计算机芯片设计的专利,该芯片将允许我们数以百万计的量子比特,所有量子比特都可以执行我们’刚刚通过实验证明”。他说,该团队还正在寻找工业合作伙伴来制造全尺寸量子处理器芯片。

CNOT门在 性质.

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