量子计算和通信技术中心 艺术家的印象是硅中的一个原子量子位受到保护，免受由材料环境中的缺陷引起的电荷噪声的影响
信用:托尼·梅洛夫 UNSW悉尼的研究人员展示了半导体量子比特(或称量子比特)有记录以来最低的噪声水平
这项研究发表在《高级材料》杂志上
为了让量子计算机进行有用的计算，量子信息必须接近100%准确
电荷噪声——由承载量子位的物质环境中的缺陷引起——干扰量子位上编码的量子信息，影响信息的准确性
“半导体量子位中的电荷噪声水平是实现大规模纠错量子计算机所需精度水平的一个关键障碍，”主要作者路德维克·克兰兹博士说
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UNSW量子计算和通信技术中心的学生与该中心的附属公司硅量子计算(SQC)合作
“我们的研究表明，我们可以将电荷噪声降低到一个非常低的水平，将它对我们的量子位的影响降至最低，”克兰兹说
“通过优化硅片的制造工艺，我们获得了比以前记录低10倍的噪声水平
这是所有半导体量子位中记录的最低电荷噪声
" 创造安静的量子位 由电子构成的量子位位于硅中的原子量子位上
西蒙斯自2000年以来一直倡导——是大规模量子计算机的一个有前途的平台
然而，位于任何半导体平台(如硅)上的量子位对电荷噪声都很敏感
该团队的研究表明，硅片内部或表面界面的缺陷是电荷噪声的重要来源
“这是一个惊喜，因为我们花了很多时间优化我们的硅片质量，但这表明，即使是附近的一些杂质也会影响噪音，”克兰兹说
通过减少硅片中的杂质，并使原子远离产生大部分噪音的表面和界面，该团队能够产生破纪录的结果
“我们的结果继续表明，硅是承载量子位的极好材料
凭借我们设计量子位环境各个方面的能力，我们正在系统地证明硅中的原子量子位是可再生的、快速的和稳定的。”
米歇尔·西蒙斯，CQC2T总监
“我们的下一个挑战是转向同位素纯晶体硅-28，以利用该系统中已经证明的长相干时间
" 第一作者路德维克·克兰兹用扫描隧道显微镜将磷原子精确定位并封装在硅中 时机决定一切 使用新制造的硅芯片，研究小组随后进行了一系列实验来表征电荷噪声，结果出乎意料
CQC2T的合著者Dr
萨姆·戈尔曼
测量揭示了影响电荷噪声的一个关键因素——时间
“从我们测量的噪声频谱来看，我们知道计算时间越长，噪声对我们系统的影响就越大，”博士说
戈尔曼
“这对未来器件的设计有重大影响，量子运算需要在极短的时间内完成，这样电荷噪声就不会随着时间的推移而恶化，从而增加计算误差
" 系统地致力于商用硅量子计算机 为了执行大规模量子计算所需的无误差计算，两个量子比特的门——任何量子计算机的核心构件——需要超过99%的保真度(或精度)
为了达到这个保真度阈值，量子操作需要稳定和快速
在最近发表在《物理评论》上的一篇论文中，西蒙斯团队利用他们的原子精度能力，展示了在1微秒内读出量子位的能力
“这项研究结合我们的最低电荷噪声结果表明，有可能达到99
硅原子量子位的保真度达到99%，”教授说
西蒙斯，他也是SQC的创始人
“我们的团队现在正致力于在一台设备上实现所有这些关键成果——快速、稳定、高保真和长相干时间——向全尺寸硅量子处理器迈进了一大步
" 西蒙斯教授正与SQC合作，用硅制造第一台有用的商用量子计算机
SQC与CQC2T位于UNSW悉尼校区，其目标是展示在2023年之前可靠生产10量子位原型量子集成处理器所需的能力
“我们团队的结果进一步证实，我们独特的方法——在硅中精确定位磷原子——是构建硅量子计算机商业化所需的纠错大规模架构的极有希望的前景，”教授说
西蒙斯说
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