新南威尔士大学
用于容纳量子处理器的硅纳米电子器件是使用与现有计算机芯片的行业标准兼容的方法制造的
(作者在硅纳米电子器件中使用一对离子注入的31P原子核演示了通用量子逻辑运算
该设备的制造方法与所有现有计算机芯片的工业标准工艺兼容
)
信用:托尼·梅洛夫/ UNSW UNSW·悉尼领导的研究为现实世界制造和应用的大型硅基量子处理器铺平了道路
澳大利亚研究人员已经证明，近乎无错的量子计算是可能的，这为构建与当前半导体制造技术兼容的硅基量子器件铺平了道路
“今天发表在《自然》杂志上的文章显示，我们的操作99%没有错误，”领导这项工作的UNSW教授安德里亚·莫雷罗说
“当错误如此罕见时，就有可能发现它们，并在它们发生时进行纠正
这表明，有可能建造具有足够规模和足够能力的量子计算机，来处理有意义的计算
" 这项研究是将我们带到那里的旅程中的一个重要里程碑
莫雷罗说
硅中的量子计算达到了99%的门槛 莫雷罗的论文是今天发表在《自然》杂志上的三篇论文之一，这三篇论文独立地证实了硅中健壮、可靠的量子计算现在已经成为现实
这一突破性进展出现在杂志的封面上
Morello等人实现了高达99的1量子比特操作保真度
95%，2量子位保真度为99
37%是由一个电子和两个磷原子组成的三量子位系统，通过离子注入引入硅中
由列文·范德斯本率领的荷兰代尔夫特队获得了99分
87%的1-量子位和99
在硅和硅锗合金(硅/硅锗)叠层中形成的量子点中使用电子自旋的2量子位保真度为65%
由Seigo Tarucha领导的日本RIKEN团队同样获得了99分
84%的1-量子位和99
使用硅/硅锗量子点的双电子系统中51%的2-量子位保真度
UNSW三量子位系统的可视化，它可以以超过99%的精度执行量子逻辑运算
(在三量子位硅量子处理器中获得了99%以上的量子操作保真度
前两个量子比特(Q1，Q2)是单独注入的磷原子(红色球体)的核自旋
第三个量子位(Q3)是电子围绕两个原子核的自旋(闪亮的椭圆)
)
信用:托尼·梅洛夫/ UNSW UNSW和代尔夫特团队使用美国桑迪亚国家实验室开发的一种叫做门集断层成像的复杂方法来验证他们的量子处理器的性能
S
并公开提供给研究团体
莫雷罗此前已经证明，由于核自旋与环境的极端隔离，他可以将量子信息保存在硅中35秒
L-R Asaad、morelo、Madzik(合成图像):Serwan Asaad、andrea morello和Mateusz Mądzik是UNSW论文的主要作者，该论文展示了99%的无误差量子操作
信用:克卢埃凯隆/ UNSW “在量子世界中，35秒是永恒的，”教授说
欧洲酸樱桃
“作为比较，在著名的谷歌和IBM超导量子计算机中，寿命约为100微秒——短了近一百万倍
" 但代价是隔离量子位使它们看起来不可能相互作用，而这是进行实际计算所必需的
这三个量子比特可以在量子纠缠态中制备，这释放了量子计算机的指数能力
(核自旋是非常好的量子比特，因为它们与环境有着特殊的隔离
然而，这个相同的特征使得它们很难相互作用并执行量子逻辑操作
该团队的突破在于使用一个普通的电子来调节相互作用，从而实现高保真的通用量子逻辑操作
此外，电子本身是一个高质量的量子比特，可以与两个原子核处于完全量子纠缠状态
)
信用:托尼·梅洛夫/ UNSW 核自旋学会准确互动 今天的论文描述了他的团队如何通过使用一个包含两个磷原子核的电子来克服这个问题
“如果你有两个原子核连接到同一个电子上，你可以让它们进行量子操作，”博士说
马特乌斯·mądzik，主要实验作者之一
“当你不操作电子时，那些原子核安全地储存着它们的量子信息
但是现在你可以选择让它们通过电子相互交流，来实现通用的量子操作，可以适应任何计算问题
" “这真的是一种解锁技术，”博士说
另一位主要实验作者塞尔万·阿萨德
“核自旋是核心量子处理器
如果你让它们与电子纠缠在一起，那么电子就可以被转移到另一个地方，与更远的其他量子比特原子核纠缠在一起，从而为制造能够进行强大和有用计算的大型量子比特阵列开辟了道路
" 这种三量子位系统为将来扩大量子处理器的规模铺平了道路，因为电子很容易与其他电子纠缠在一起，或者在芯片上移动
(原子核和电子的三量子比特纠缠态为未来量子处理器的放大铺平了道路
电子很容易与其他电子纠缠在一起，或者在芯片上物理移动
通过这种方式，UNSW团队将能够制造和操作大型量子比特阵列，这些阵列能够进行强大而有用的计算
)
信用:托尼·梅洛夫/ UNSW 马特乌斯·mądzik，主要作者之一
信用:UNSW 墨尔本大学的研究负责人大卫·贾米森补充道:“磷原子是通过离子注入引入硅芯片的，这种方法与所有现有的硅计算机芯片相同
这确保了我们的量子突破与更广泛的半导体行业兼容
" 所有现有的计算机都部署了某种形式的纠错和数据冗余，但是量子物理定律对如何在量子计算机中进行纠错提出了严格的限制
教授
莫雷罗解释说:“要应用量子纠错协议，你通常需要低于1%的错误率
现在已经实现了这个目标，我们可以开始设计硅量子处理器，它可以扩大规模并可靠地运行以进行有用的计算
"
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