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首个硅中双原子量子比特门问世

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  科技日报北京7月22日电 (记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,由澳大利亚新南威尔士大学的米歇尔·西蒙斯领导的团队,创建出了首个硅中双原子量子比特门,操作在0.8纳秒内完成,比目前其他基于自旋的双量子比特门快200倍,是迄今在硅中展示最快的,成为构建原子级量子计算机的一个重要里程碑。

  双量子比特门是量子计算机的核心组件。西蒙斯团队构建的双量子比特门是两个电子自旋之间的操作。最新研究也是研究人员首次让两个原子量子比特以比以往更靠近的距离,构建出双量子比特门,并实时可控地观察和测量其自旋状态。

  原子量子比特拥有硅中量子比特相干时间最长的记录,保真度也最高。在最新研究中,为了使用扫描隧道显微镜精确放置和封装硅中的磷原子,团队首先计算出了两个量子比特之间的最佳距离(精度高达十亿分之一米),以实现关键操作。最令人兴奋的是,他们可以在纳秒级时间尺度上控制两个电子之间相互作用的强度。

  此外,他们也能以非常高的精度读取和初始化硅中原子量子比特上单电子的自旋,构建出了一个真正快速、高度精确的双量子比特门,成为基于硅的可升级量子计算机的基本模块。

  新南威尔士大学科学院院长艾玛·约翰逊教授说:“这是西蒙斯团队重要的里程碑。其下一个主要目标是构建10比特的量子集成电路,并希望能在3—4年内实现。”

  总编辑圈点

  量子比特是“0”和“1”的叠加态,在经典计算机看来要算到天荒地老的问题,量子计算机可以分分钟搞定。有观点认为,设计并制造通用量子计算机,是21世纪的“太空竞赛”。要造量子计算机着实困难重重。澳大利亚新南威尔士大学的这支团队已经多次在量子计算研究上取得突破性进展,这次他们构建出快速且具有高精度的双量子比特门,为量子芯片、量子处理器的研发奠定了基础。当然,世界各地的其他团队,也都在以各种方法,致力于实现通用量子计算机这一最终目标。

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