迄今“最安静”半导体量子比特.pdf

半导体量子比特是量子计算领域中的重要研究对象，因其在实现大规模量子计算机的潜力而备受关注。新南威尔士大学的研究人员在《先进材料》杂志上报告了一项突破，他们成功制造出了迄今为止“最安静”的半导体量子比特，显著降低了噪声水平，从而提升了量子信息的精确度。 量子比特的稳定性是量子计算机性能的关键因素。在传统的硅基材料中，原子的电子被用作量子比特，但由于硅材料内部的缺陷和杂质，会引入电荷噪声，干扰量子信息的存储和处理，影响其准确性。这些噪声源是实现高精度量子计算的主要障碍。正如研究的主要作者路德维克·克兰兹所述，电荷噪声是半导体量子比特面临的一大挑战。 在新的研究中，克兰兹团队采取了创新的方法来减少硅芯片内的杂质，并将磷原子与产生噪声的表面和界面保持一定距离。这种优化的制造工艺使得噪声水平降低了10倍，达到了半导体量子比特的最低电荷噪声水平。这表明，通过精细调控硅芯片的纯度和结构，可以有效地降低噪声对量子比特的影响，从而提高量子信息的保真度。 为了实现大规模量子计算，量子比特间的逻辑门操作需要高度准确。双量子比特门作为量子计算机的基础组件，其保真度需要超过99%。西蒙斯团队近期展示了在1微秒内读取量子比特的能力，这意味着他们能够在快速和稳定的同时，实现高精度的操作。结合低电荷噪声的成果，西蒙斯预测硅原子量子比特可能达到99.99%的保真度，这将极大地推进全尺寸硅量子处理器的构建。 西蒙斯团队致力于利用硅材料构建商业化的量子计算机，并计划在2023年前开发出包含10个量子比特的量子集成处理器原型。他们的工作不仅展示了半导体量子比特在噪声控制上的重大进步，也为未来量子计算技术的实用化奠定了坚实的基础。激光与光电子学在其中也发挥了关键作用，因为精确的光学技术对于量子比特的操控和测量至关重要。 这一研究进展意味着我们在实现高性能、大规模的量子计算机的道路上迈出了重要的一步。通过降低噪声、提高量子比特的稳定性和精确性，以及发展快速的量子操作技术，科学家们正在逐步克服当前量子计算面临的挑战，为未来的量子科技革命铺平道路。