量子计算机再提速,常温半导体量子比特制造方法被发现-量子客

 

​来自NUST MISIS(俄罗斯)、瑞典、匈牙利、美国的科学家一起合作发现了一种制造稳定量子比特的方法,尤为突出的是,这种物理量子比特可以在室温下工作。

这为创建量子计算机又开辟了新的前景。而且,该研究成果已经可以用于创建高精度磁力计、生物传感器和新的量子互联网技术。其内容已发表在《自然通讯》上。

 

量子计算机再提速,常温半导体量子比特制造方法被发现-量子客

 

量子计算机的现状

量子比特是量子系统中最小的数据存储单元,类似于经典计算中的比特。 目前量子计算机的原型已被制造出来,多数科学家也一致认为,将来这种计算机将具有不可思议的计算能力。但应用方面尚在摸索研究中,例如超安全的通信线路。

量子计算机的发展之所以受到限制,其主要原因之一是量子比特的不稳定性,以及其运行所需的极端低温条件。如今,较为流行的量子比特类型技术路线是超导材料或单个原子上的量子比特。然而,两者都仅在极低的温度下可用,因此需要持续不断的对系统投入冷却成本。

 

半导体材料

所以,量子比特可以在室温下成功运行是科学家的一大目标,而半导体材料已被科学家证明其量子比特可以在室温下成功运行,因此,其有望成为一种很有前途的模拟量子比特的材料。

这次多国科学家合作找到的制造稳定的半导体量子比特的方法(使用材料碳化硅(SiC)),与金刚石相比,这更简单且更具成本效益。虽然SiC已经被认为是制造量子比特的有前途的材料,但有时候,这种量子比特在室温下会非常不稳定。因此,科学家们的目标是找出能够保证量子比特稳定运行的结构修改方法。

 

半导体量子比特室温下运行原理

 

量子计算机再提速,常温半导体量子比特制造方法被发现-量子客

(来源:nature)

林雪平大学的Igor Abrikosov教授说,为了制造量子比特,他们使用激光激发晶格中的点缺陷(Point Defect),当一个光子被发射出来时,该缺陷开始发光。科学家已经证明,在SiC的发光中观察到六个峰,分别是PL1到PL6。他们发现这是由于一个特定的缺陷所致,在该缺陷中,在晶格中的两个空位附近出现了一个单一的“位移”原子层(称为堆垛层错 Stacking Fault)。”

现在已经知道是什么样的结构特征使得 SiC 量子位能够在室温下工作,这种特征可以通过人工创建,例如,使用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)。这一发现为创建能够在室温下运行的量子计算机开辟了新的前景。此外,据科学家称,这些结果已经可以用于创建高精度磁力计、生物传感器和新的量子互联网技术

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13495-6.pdf

 

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作者 Hellen            编辑 Sakura