科学家创造出了史上最安静的半导体量子比特 比之前记录的噪音低10倍

由澳大利亚量子物理学家米歇尔·西蒙斯(Michelle Simmons)教授领导的研讨小组在研发硅量子核算机方面又向前迈出了重要一步。

这些来自新南威尔士大学悉尼分校的研讨人员证明了半导体量子位(或称量子位,qubit)的最低噪声水平。这项研讨最新宣布在《先进资料》(Advanced Materials)上。

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要让量子核算机进行有用的核算,量子信息有必要挨近100%的准确度。电荷噪声——由承载量子位元的物质环境的缺点引起——通常会搅扰编码在量子位元上的量子信息,影响信息的准确性。

“半导体量子比特的噪音水平下降的一个重要妨碍,完结了咱们需求大规模纠错(error-corrected)量子核算机的精度水平。”改论文的榜首作者路德维克·克兰兹(Ludwik Kranz)说,他是一名博士生,现在在新南威尔士大学的量子核算和通讯技能中心(CQC2T)处理中心的分拆公司硅量子核算(SQC)作业。

“咱们的研讨现已证明,咱们可以将电荷噪声下降到一个十分低的水平,将它对量子位元的影响降到最小。”Kranz标明。“经过优化硅芯片的制作进程,咱们完结了比之前记载的噪音水平低10倍的方针。这是半导体量子位的最低记载电荷噪声。”根据这些最新效果,该团队可以在1微秒内读出量子比特。

发明安静的量子位元

从硅原子量子位上承载的电子制成的量子位——西蒙斯教授自2000年以来一向倡议的办法——是大规模量子核算机的一个有出路的渠道。

但是,存储在任何半导体渠道(如硅)中的量子位对电荷噪声很灵敏。

该团队的研讨标明,硅片内部或外表界面上的缺点是电荷噪声的重要原因。“这是一个惊喜,由于咱们现已花了许多时刻优化咱们的硅芯片的质量,但成果却显现即使是邻近的一些杂质也会影响噪音。”

经过削减硅片中的杂质,并将原子放置在远离外表和界面的方位上,该团队可以发生破纪录的成果。

“咱们的研讨成果持续标明,硅是寄存量子位元的极佳资料。咱们有才能规划量子比特环境的各个方面,咱们正在系统地证明硅原子量子比特是可再生的,快速和安稳的。”CQC2T主任米歇尔·西蒙斯教授称。

咱们的下一个应战是转向同位素纯晶体Si-28,运用在这个系统中现已证明的长相干时刻。

时刻便是全部

运用新制作的硅片,该团队随后进行了一系列试验来表征电荷噪声,并得到了意想不到的成果。

CQC2T的合著者Sam Gorman博士说:“咱们运用单个电子晶体管和交流耦合量子比特对丈量电荷噪声,它们一起供给了一个宽频率范围内共同的电荷噪声谱。”

丈量成果提醒了影响电荷噪声的一个要害因素——时刻。“从咱们丈量的噪音频谱来看,咱们知道核算时刻越长,咱们的系统遭到的噪音就越多,”Sam Gorman博士说。

“这对未来设备的规划有严重的影响,量子操作需求在十分短的时刻内完结,这样电荷噪声就不会跟着时刻的推移而恶化,添加核算错误。”

系统化地研发商用硅量子核算机

要履行大规模量子核算所需的无错误核算,任何量子核算机的中心结构块——二量子位门都需求保真度(或精度)超越99%。为了到达这个保真阈值,量子运算需求安稳和快速。

在最近宣布在《物理谈论X》(Physical Review X)上的一篇论文中,Simmons小组运用他们的原子准确度,证明了在1微秒内读出量子位的才能。

“这项研讨结合咱们最低电荷噪声的成果标明,在硅原子量子位中完结99.99%的保真度是或许的。”米歇尔·西蒙斯教授称。“咱们的团队现在正致力于在单一设备上完结所有这些要害成果——快速、安稳、高保真度和长相干时刻——向全尺度硅量子处理器迈进了一大步。”

西蒙斯教授正在与SQC协作,以制作榜首个有用的、商用的硅量子核算机。SQC与CQC2T坐落新南威尔士大学悉尼校区,其方针是在2023年前演示牢靠出产10量位原型量子集成处理器所需的才能,并研宣布相应的处理器原型。

Simmons教授称:“咱们团队的研讨成果进一步证明了咱们的共同办法——准确定位硅中的磷原子,它关于树立商业化硅量子核算机所需的纠错大规模架构而言,是一个极有出路的远景。”

翻译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来历:https://scitechdaily.com/scientists-create-quietest-semiconductor-quantum-bits-ever-10-times-lower-noise-than-previous-record/