硅芯片的量子飞跃:自旋光子耦合现在成为现实

硅芯片的量子飞跃:自旋光子耦合现在成为现实

量子理论一个多世纪前就开始形成,此后一直是许多研究和观察的焦点。然而,直到最近几年,科学家才开始设想量子力学在技术上的应用,特别是在计算方面。代尔夫特工业大学,举办qc-lab项目的大学,加入了建立高效的量子计算机比赛,成效显著。

量子现象,让我们说改革计算机世界因为我们知道它是叠加和纠缠。在经典计算机中,一个比特可以有两个值之一:1或0。在量子计算机中,信息的基本单位,也就是量子比特,或者量子位,可以是一个,一个零,或者同时是一个和一个0。这种处于多个可能状态的条件称为叠加。

当量子位被添加到计算机时,它的功率成倍增加。但是,要想从功率的增加中获益,量子比特需要被连接,即使它们相隔很长的距离。这种现象被称为量子纠缠。

未来的计算机

通过利用如叠加和纠缠的现象,未来的量子计算机将能够解决的问题,将当前电脑主机无数年的事,如分解大素数或搜索大量无序的数据集。

然而,对于量子计算机来说,能够进行如此有用的计算,需要大量的量子比特,正是这种对大量量子比特的需求构成了挑战。这些脆弱的量子信息单位必须能够很好地沟通,如果这些计算机是成功的。

硅的承诺

量子芯片将信息储存在量子位中,由硅制成。硅广泛应用于电子器件中,使得信息的存储时间长,因此有望成为量子技术材料。但是,科学家们还没有弄清楚如何增加物理(自旋)量子比特系统的数量。正如他们在《科学》杂志上发表的论文中所描述的那样,该项目的研究者们已经采取了一个步骤来解决这个问题,表明单电子自旋和单个微波光子可以耦合在硅片上。在作者自己的话说,“[t]他电子自旋是被困在一个硅双量子点和微波光子存储在芯片上的高阻抗超导谐振腔。”他们补充道:“腔光子夫妇直接在双点电子的电荷偶极子电场分量,和间接的电子自旋,通过从附近的微磁强磁场梯度。”研究人员说,他们的结果实现大型网络提供了一个路径点的量子自旋量子寄存器。

这种具有可靠硅量子比特的量子芯片是实现可伸缩量子计算道路上的一个重要里程碑。的qc-lab团队的目标是开发一个13比特的电路,将展示之间来回量子比特的量子态转移。

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