科學家爲量子計算機打造新“芯”
發布時間：2020-07-20 發布者：亞時财經
量子計算、量子計算機等都是當今信息技術的熱門話題。人們不僅注重計算方法的更新叠代，在相關硬件方面也同樣重視。研究人員介紹，研發量子計算機以及構建大範圍量子網絡面臨着的核心挑戰在于獨立可控制的量子比特數。現在就也一個研究團隊提出新的方案，建立了一個128量子比特的系統，這是目前最大的人造原子的集成光子芯片。
（圖源：MIT news）
麻省理工學院電子研究實驗室的Dirk Englund團隊提出了一種方案，将量子微芯片（具有高相幹色心的金剛石波導陣列）與光子集成芯片進行高産量混合集成建立一個128量子比特的系統。這種技術可以将大量不可分辨的可調諧人造原子裝配成相位穩定的光子集成電路，是制造複用量子中繼器以及通用量子處理器的技術關鍵。
目前量子比特數最高爲70+位。科學家認爲量子比特位數達到100-1000後才有望達到商用要求。也就是說該研究方案打造的芯片已經達到商用級别。
上面提到的金剛石色心是一種領先的固态人造原子量子比特，可以提供遠距離量子糾纏、在10個量子比特上進行長達分鍾級别的相幹控制以及記憶增強的量子通信。但是主動芯片集成的光子器件以及晶圓級别單晶金剛石的缺乏限制着單片金剛石量子信息處理框架的可擴展性。
現今對此情況具有前景的解決方法是混合集成，也就是利用先進的微電子技術來裝配封裝好的子器件到單片多功能芯片上。然而，這種技術隻能一片片地進行封裝，大規模量産依舊是一個挑戰；并且，對于人造原子的光譜排列，也不能很好地解決。
對此，該研究團隊提出了一種“量子微芯片”框架，可以大幅提高納米級别器件集成的産量和準确度。此次展示的人造原子芯片，包含具有高耦合效率、長相幹時間的金剛石量子發射器，并且可以調諧光學頻率來補償微芯片間的光譜不均一性。
華東師範大學何泊衢博士表示，人造原子與光子芯片的大規模集成将極大地擴展納米光子學器件的應用範圍。該項目的先進之處在于可以有力推進未來光子和電子器件集成的規模化生産，對于可擴展的量子信息處理應用尤爲吸引人。商用後，可以有效地在諸如新藥與半導體材料的研發、密碼學中的尋找大數質因數以及加速人工智能的發展等領域大放光彩。
值得一提的是，不少行業專家表示，在未來的發展中，量子計算機面臨的主要挑戰還是量子糾錯。也就是說，人們還遠未實現可擴展的量子計算，應該把精力集中在單個量子比特的糾錯上，關注0和1之間，而不是0和1之外。所以在量子領域應當是正确的研究方向與不斷叠代的硬件齊頭并進。
責任編輯：Carrick
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