澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究人員在最新一期《先進(jìn)材料》雜志上撰文指出，他們研制出了迄今“最安靜”——噪音最低的半導(dǎo)體量子比特，為進(jìn)一步研制出大規(guī)模糾錯量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

為使量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行有用的計(jì)算，由量子比特編碼的量子信息的精確度必須盡量達(dá)到100%。由硅內(nèi)原子的電子制成的量子比特，有助于科學(xué)家研制出大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)，但硅材料內(nèi)的缺陷會引起電荷噪音，干擾量子信息，影響其準(zhǔn)確性——即便材料內(nèi)只有很少雜質(zhì)，都會影響電荷噪音的水平。

正如最新研究主要作者路德維克·克蘭茲所說：“半導(dǎo)體量子比特內(nèi)的電荷噪音一直是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模糾錯量子計(jì)算機(jī)所需精度水平的主要‘攔路虎’”。

鑒于此，在最新研究中，克蘭茲團(tuán)隊(duì)通過減少硅芯片內(nèi)的雜質(zhì)，并使其內(nèi)的磷原子遠(yuǎn)離產(chǎn)生大多數(shù)噪音的表面和交界面，創(chuàng)造出了迄今噪音水平最低的半導(dǎo)體量子比特。

克蘭茲表示：“通過優(yōu)化硅芯片制造工藝，我們獲得了比以前記錄低10倍的噪音水平，這是迄今半導(dǎo)體量子比特的最低電荷噪音水平。我們的研究表明，可以將電荷噪音降低到非常低的水平，從而將其對量子比特的影響降到最低。”

此外，研究人員表示，為執(zhí)行大規(guī)模量子計(jì)算所需的無差錯計(jì)算，兩量子比特門——任何量子計(jì)算機(jī)的核心構(gòu)件的準(zhǔn)確性要求超過99%。為達(dá)到這一保真度閾值，量子操作需要穩(wěn)定且快速，米歇爾·西蒙斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)最近證明，他們可以在1微秒內(nèi)讀出量子比特。

西蒙斯說：“這項(xiàng)研究與最新的最低電荷噪音研究結(jié)果相結(jié)合，硅原子量子比特有可能實(shí)現(xiàn)99.99%的保真度。我們正致力于研制出集幾大優(yōu)點(diǎn)于一體的設(shè)備，快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確率高并相干時間長，這是向全尺寸硅量子處理器邁出的重要一步。”

據(jù)悉，西蒙斯團(tuán)隊(duì)正在利用硅建造商用量子計(jì)算機(jī)，他們希望2023年前可以研制出擁有10個量子比特的量子集成處理器原型。

總編輯圈點(diǎn)

量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)迥然不同。舉例來說，經(jīng)典計(jì)算機(jī)的最基本單元是由0和1組成的比特;而量子計(jì)算機(jī)以量子比特為基本信息單元，量子比特既可以是0，也可以是1。量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)目前仍面臨多個核心難題，其中包括量子比特保真度以及量子相干性的保持等。說到這里，不難看出上述研究的意義所在：降低半導(dǎo)體量子比特的電荷噪音，提升其保真度，正是在攻克量子計(jì)算機(jī)研發(fā)核心難題方面，又邁出一大步。