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量子计算机为多任务优化的小型系统连接

硬件 时间:2021-12-01 21:55:04 匿名用户

走向更大量子计算机的一条有希望的途径是协调多个任务优化的较小系统。光子干涉由于与片上器件的兼容性和量子网络中的长距离传播,成为动态连接和纠缠任意两个系统的有力手段。

量子光子学商业化的主要障碍之一仍然是可伸缩量子系统的纳米级制造和集成,因为它们在封闭环境中对最小干扰的敏感性是众所周知的。这使得开发既能用于量子计算又能同时提供高效光学接口的系统成为一个巨大的挑战。

最近发表在《自然材料》上的一项研究结果显示了如何克服整合障碍。这项工作是基于与斯图加特大学、加利福尼亚州戴维斯大学、林克ö平大学和京都大学以及埃尔兰根的弗劳恩霍夫研究所、德累斯顿的赫尔姆霍兹中心和莱比锡的莱布尼茨研究所的研究人员的跨国合作。

研究人员采用了两步方法。首先,他们选择的量子系统是碳化硅中所谓的硅空位中心,已知该中心具有特别强大的自旋光学特性。其次,他们使用温和的加工方法在这些色心周围制作纳米光子波导,使主体材料基本上不受损坏。

“我们的方法,我们可以证明,我们的色心的优良自旋光学性质在纳米光子集成后得以保持。”斯图加特大学助理教授Florian Kaiser说,他是这个项目的负责人。“由于我们量子设备的坚固性,我们获得了足够的空间在多个核自旋量子位上执行量子门。由于这些自旋显示出很长的相干时间,它们非常适合实现小型量子计算机。”

“在这个项目中,我们探索了光子器件独特的三角形形状。虽然这种几何结构具有商业吸引力,因为它提供了可扩展生产所需的多功能性,但对于其在高性能量子硬件中的用途知之甚少。我们的研究表明,色心发出的光携带量子i信息可以通过单一光学模式在芯片上有效传播。这是色心与其他光子器件(如纳米腔、光纤和单光子探测器)集成可行性的关键结论,这些器件是实现量子网络和计算的全部功能所需的。”加利福尼亚大学戴维斯分校助理教授Marina Radulaski说。

碳化硅平台特别有趣的是它的CMOS兼容性和在电迁移中作为大功率半导体的大量使用。研究人员现在希望从这些方面获益,以利用自旋光子学芯片的可扩展生产。此外,他们希望实现半导体电路,以电初始化和读出其自旋量子位的量子态。Florian Kaiser补充道:“通过激光实现电气控制而非传统光学控制的最大化是实现系统简化的重要一步。高效纳米光子学与电气控制的结合将使我们能够在一个芯片上可靠地集成更多量子系统,这将带来显著的性能提升。”,“从这个意义上说,我们只是在碳化硅色心量子技术的黎明。我们成功的纳米光子集成不仅为分布式量子计算提供了令人振奋的支持,而且还可以提高紧凑型量子传感器的性能。”

标签: #硬件

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