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使用超薄材料來縮小超導(dǎo)量子比特的尺寸 麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在使用超薄材料來建造超導(dǎo)量子比特，其尺寸至少是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的百分之一，并且相鄰量子比特之間的干擾較少。這一進(jìn)展可以提高量子計(jì)算機(jī)的性能，并能借此開發(fā)出更小的量子設(shè)備。 研究人員已經(jīng)證明，六方氮化硼，一種僅由幾個(gè)單層原子組成的材料可以被堆疊起來，形成超導(dǎo)量子比特上的電容器中的絕緣體。這種無缺陷的材料使電容器比通常用于量子軌道的電容器小得多，這就縮小了它的占地面積，而不會(huì)明顯犧牲性能。 此外，研究人員表明，這些較小的電容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該大大減少交叉串?dāng)_，交叉串?dāng)_發(fā)生在一個(gè)量子比特?zé)o意中影響到周圍的量子比特。  麻省理工學(xué)院的研究人員利用二維材料六方氮化硼為超導(dǎo)量子比特建造了小得多的電容器，使他們能夠在不犧牲性能的情況下將量子比特的占地面積縮小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 "現(xiàn)在，我們在一個(gè)設(shè)備中可能有50或100個(gè)量子比特，但為了將來的實(shí)際使用，我們在一個(gè)設(shè)備中需要數(shù)千或數(shù)百萬的量子比特。因此，將每個(gè)單獨(dú)的量子比特的尺寸小型化，同時(shí)避免這幾十萬個(gè)量子比特之間不必要的串?dāng)_，將是非常重要的。這是我們發(fā)現(xiàn)的可以用于這種結(jié)構(gòu)的極少數(shù)材料之一，"共同第一作者Joel Wang說，他是麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室工程量子系統(tǒng)組的研究科學(xué)家。 Wang的共同主要作者是20歲的Megan Yamoah，她曾是工程量子系統(tǒng)組的學(xué)生，目前正以羅茲獎(jiǎng)學(xué)金在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)。Cecil and Ida Green物理學(xué)教授Pablo Jarillo-Herrero是通訊作者，高級(jí)作者是William D. Oliver，他是電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)以及物理學(xué)教授，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研究員，量子工程中心主任，以及電子學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室副主任。該研究發(fā)表于2022年1月27日的《自然-材料》雜志。 超導(dǎo)量子比特是一種特殊的量子計(jì)算平臺(tái)，它使用超導(dǎo)電路，包含電感和電容。就像在收音機(jī)或其他電子設(shè)備中，這些電容器儲(chǔ)存了電場能量。電容器的構(gòu)造通常像一個(gè)三明治，在絕緣或電介質(zhì)材料的兩側(cè)有金屬板。 但與收音機(jī)不同的是，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)在超低溫下工作--比絕對(duì)零度（-273.15攝氏度）高不到0.02度--并且具有非常高頻的電場，類似于今天的手機(jī)。在這個(gè)工況下工作的大多數(shù)絕緣材料都有缺陷。雖然對(duì)大多數(shù)經(jīng)典應(yīng)用無害，但當(dāng)量子相干信息通過電介質(zhì)層時(shí)，可能會(huì)以某種隨機(jī)方式丟失或被吸收。 "大多數(shù)用于集成電路的普通電介質(zhì)，如氧化硅或氮化硅，有許多缺陷，導(dǎo)致質(zhì)量系數(shù)在500至1000左右。這對(duì)于量子計(jì)算的應(yīng)用來說，損失太大，"Oliver說。 為了解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)的量子比特電容器更像是開放式的三明治，沒有頂板，真空位于底板上方，作為絕緣層。 Wang說："我們付出的代價(jià)是，板子要大得多，因?yàn)槟阆♂屃穗妶�，并使用了一個(gè)大得多的真空層。每個(gè)單獨(dú)的量子比特的大小將比你能在一個(gè)小設(shè)備中包含所有東西的情況下大得多。而另一個(gè)問題是，當(dāng)你有兩個(gè)量子比特彼此相鄰，并且每個(gè)量子比特都有自己的電場向自由空間開放時(shí)，它們之間可能會(huì)有一些不必要的談話，這可能會(huì)使你很難只控制一個(gè)量子比特。人們很想回到電容器的非常原始的想法，這只是兩個(gè)電板，中間夾著一個(gè)非常干凈的絕緣體。" |
