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半导体和电子产品

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硅量子逻辑门是第一个

09 Oct 2015 哈米什约翰斯顿
旋转医生:Menno Veldhorst和Andrew Dzurak与他们的CNOT门

由硅制成的第一个量子逻辑装置已被澳大利亚和日本的研究人员推出。使用常规半导体制造工艺制造它们是量子计算机的基本组件的控制 - 不是(CNOT)栅极。研究人员现在计划扩展技术以创建一个全级量子计算机芯片。

量子计算机利用量子力学的奇怪定律比传统计算机更快地执行一些计算–至少原则上。旨在构建量子计算机的物理学家面临的主要挑战是如何保护信息的脆弱量子位(QUBits),这往往在现实世界的设备中迅速恶化。

一种方法是使用电子的旋转–哪个可以指向或下降–作为一个qubit。已经由称为量子点的微小半导体制成的旋转Qubits,并且通过将这些Qubits耦合在一起来制造量子逻辑器件。不幸的是,这些设备中的旋转状态迅速恶化– or “decohere” –通过与通常用于制造量子点的复合半导体材料中的核旋转相互作用。

硅旋转

通过使硅的点来大大降低这种破碎源,其中(硅-28)具有零核旋转的最常见的同位素。已创建的新的CNOT逻辑门 安德鲁·杜拉克,新南威尔士大学和Keio大学的Menno Veldhorst和同事,首次通过耦合两个硅旋转Qubits来制作。

通过将电极阵列放置在一块硅-28的顶部上来制造两个量子点。通过将电压施加到一些电极,两个电子被捕获在硅内,分开约100 纳米。通过使用其中一个电极作为天线产生微波脉冲来设定这些电子旋转状态–一种称为电子自旋共振(ESR)的技术。通过使用电极将电场施加到一个旋转的电极可以单独设置自旋Qubits的状态,这改变了旋转响应微波信号的方式。使用ESR还读出Qubits的值。

旋转通过交换相互作用耦合,这是可以调谐的纯度 - 机械效果,以使旋转指向相同的方向或相反的方向。通过调整一些电极上的电压来完成此调谐。

需要改进

该团队通过首先在特定配置中初始化旋转来验证它创建了CNOT门,例如旋转。然后将一系列微波脉冲和电压施加到QUBits以创建CNOT门。当团队读出Qubits的值时,发现它们符合来自CNOT门的预期输出。

然而,研究人员表示,他们无法表明在CNOT过程中量子机械纠缠在一起,他们说是读出过程中错误的结果。 Quantum-Logic设备的操作需要纠缠,并且该团队正在努力改进读出过程以确认Qubits确实纠缠了。

“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,团队有“专利了一个用于全级量子计算机芯片的设计,可以允许数百万贵族,所有这些都是我们的计算类型’在实验证明”。他说,该团队还在寻找一个工业合作伙伴来制造全级量子处理器芯片。

CNOT门描述于 自然.

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