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2022-02-01 21:49 |
研究人員用原子級(jí)厚度的材料縮小超導(dǎo)立方體 實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)小型化
利用二維材料，研究人員已經(jīng)建立了超導(dǎo)量子比特，其大小只有以前量子比特的一小部分，為更小的量子計(jì)算機(jī)鋪平了道路。為了使量子計(jì)算機(jī)在速度和容量上超過它們的經(jīng)典同行，它們的量子比特，也就是可以存在于二進(jìn)制狀態(tài)的無限組合中的超導(dǎo)電路需要在同一波長(zhǎng)上。 Iq$| ?MH
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然而，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是以尺寸為代價(jià)的。經(jīng)典計(jì)算機(jī)中使用的晶體管已經(jīng)縮小到了納米級(jí)，而現(xiàn)在的超導(dǎo)量子比特仍然是以毫米為單位，一毫米就是一百萬納米，導(dǎo)致量子計(jì)算設(shè)備還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是我們可以放在背包里或戴在手腕上的設(shè)備。 3f ;=#|l
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為了縮小量子比特的體積，同時(shí)保持其性能，量子計(jì)算領(lǐng)域需要一種新的方法來建造電容器，以儲(chǔ)存為量子比特"供電"的能量。與雷神BBN技術(shù)公司合作，Wang Fangzhen教授在哥倫比亞工程公司的實(shí)驗(yàn)室最近展示了一種用二維材料建造的超導(dǎo)量子比特電容器，使其尺寸僅為以前電容器的一小部分。 mh
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以前為了構(gòu)建量子比特芯片，工程師們不得不使用平面電容器，它將必要的帶電板并排設(shè)置。堆疊這些板塊可以節(jié)省空間，但傳統(tǒng)的平行電容器中使用的金屬會(huì)干擾量子比特的信息存儲(chǔ)。在11月18日發(fā)表在《納米通訊》（NanoLetters）上的當(dāng)前工作中，霍恩的博士生阿比南丹·安東尼（Abhinandan Antony）和安賈里·拉金德拉（Anjaly Rajendra）在兩個(gè)超導(dǎo)二硒化鈮的帶電板之間夾了一層氮化硼的絕緣層。這些層各自只有一個(gè)原子的厚度，并通過范德華力（電子之間的弱相互作用）固定在一起。然后，該團(tuán)隊(duì)將他們的電容器與鋁電路結(jié)合起來，創(chuàng)造出一個(gè)包含兩個(gè)量子比特的芯片，其面積為109平方微米，厚度僅為35納米--這比用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的芯片小1000倍。 OATdmHW
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當(dāng)他們把他們的量子比特芯片冷卻到略高于絕對(duì)零度時(shí)，這些量子比特被發(fā)現(xiàn)擁有相同的波長(zhǎng)。研究小組還觀察到了一些關(guān)鍵特征，這些特征表明這兩個(gè)量子比特正變得糾纏在一起，并作為一個(gè)單一的單元行事，這種現(xiàn)象被稱為量子相干，這將意味著量子比特的量子狀態(tài)可以通過電脈沖進(jìn)行操縱和讀出，相干時(shí)間很短--略多于1微秒，而傳統(tǒng)建造的共面電容大約為10微秒，但這只是探索在該領(lǐng)域使用二維材料的第一步。 TS<d? :
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該團(tuán)隊(duì)的超導(dǎo)量子比特芯片的光學(xué)顯微照片，比用傳統(tǒng)制造技術(shù)制造的其他芯片小1000倍。 .6?"<zdPU
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麻省理工學(xué)院的研究人員去年8月在arXiv上發(fā)表的另一項(xiàng)工作也利用二硒化鈮和氮化硼的優(yōu)勢(shì)，為量子比特建立了平行板電容器。麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)研究的設(shè)備顯示出更長(zhǎng)的相干時(shí)間：高達(dá)25微秒，這表明仍有進(jìn)一步提高性能的空間。從這里開始，霍恩和他的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善他們的制造技術(shù)，并測(cè)試其他類型的二維材料以增加相干時(shí)間，這反映了量子比特存儲(chǔ)信息的時(shí)間。新的設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠?qū)⒃O(shè)備進(jìn)一步縮小，通過將這些元素組合成一個(gè)單一的范德華堆棧，或者通過為電路的其他部分部署2D材料。 PK*Wu<<
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