新的強(qiáng)大設(shè)備可能會(huì)擴(kuò)大量子技術(shù)

新設(shè)備可以帶來可擴(kuò)展的量子比特，因?yàn)樗瞧矫娴模拖褚呀?jīng)使用的硅晶片一樣，并且由于鋁和砷化銦的結(jié)合所帶來的保護(hù)性能而具有強(qiáng)大的功能。多年來，研究人員一直在努力構(gòu)建一個(gè)可以擴(kuò)大規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)，但量子計(jì)算，量子比特的構(gòu)建模塊仍然不夠強(qiáng)大，無法處理量子計(jì)算機(jī)的嘈雜環(huán)境。

兩年前開發(fā)的理論提出了一種通過將半導(dǎo)體銦砷與超導(dǎo)體鋁結(jié)合到平面器件中來使量子比特更具彈性的方法。現(xiàn)在，這個(gè)理論已經(jīng)獲得了一個(gè)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)支持，該設(shè)備也可以幫助擴(kuò)展量子比特。

這種半導(dǎo)體 - 超導(dǎo)體組合創(chuàng)造了一種“拓?fù)涑瑢?dǎo)”狀態(tài)，可以防止量子比特環(huán)境中的微小變化，這種變化會(huì)干擾其量子特性，這是一個(gè)被稱為“退相干”的著名問題。

該器件具有潛在的可擴(kuò)展性，因?yàn)樗哂衅教沟?ldquo;平面”表面 - 業(yè)界已經(jīng)以硅晶片的形式用于構(gòu)建傳統(tǒng)微處理器的平臺(tái)。

該作品發(fā)表在“自然”雜志上，由哥本哈根大學(xué)Niels Bohr研究所的微軟量子實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)，該研究所制造并測(cè)量了該設(shè)備。普渡大學(xué)的微軟量子實(shí)驗(yàn)室利用分子束外延技術(shù)發(fā)展了半導(dǎo)體 - 超導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了初步表征測(cè)量。

來自加利福尼亞州圣巴巴拉的微軟研究實(shí)驗(yàn)室Station Q以及芝加哥大學(xué)和以色列魏茲曼科學(xué)研究所的理論師也參與了這項(xiàng)研究。

“由于平面半導(dǎo)體器件技術(shù)在經(jīng)典硬件方面已經(jīng)取得了如此成功，有幾種擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)的方法已經(jīng)建立起來，”普渡大學(xué)的Bill和Dee O'Brien物理與天文學(xué)教授，教授Michael Manfra說。電氣和計(jì)算機(jī)工程和材料工程專業(yè)，領(lǐng)導(dǎo)Purdue的Microsoft Station Q網(wǎng)站。

這些實(shí)驗(yàn)提供的證據(jù)表明，鋁和銦砷當(dāng)結(jié)合在一起形成稱為約瑟夫森結(jié)的器件時(shí)，可以支持Majorana零模式，科學(xué)家已經(jīng)預(yù)測(cè)這種模式具有防止退相干的拓?fù)浔Ｗo(hù)。

眾所周知，鋁和砷化銦很好地協(xié)同工作，因?yàn)樗鼈冎g的電流很好。

這是因?yàn)榕c大多數(shù)半導(dǎo)體不同，砷化銦不具有阻止一種材料的電子進(jìn)入另一種材料的屏障。這樣，鋁的超導(dǎo)性也可以制成砷化銦的頂層，半導(dǎo)體，超導(dǎo)體。

“該設(shè)備尚未作為量子比特運(yùn)行，但本文表明它具有成為可擴(kuò)展技術(shù)的正確成分，”Manfra說，他的實(shí)驗(yàn)室專門為即將推出的量子技術(shù)構(gòu)建平臺(tái)并理解其物理特性。

將超導(dǎo)體和半導(dǎo)體的最佳特性結(jié)合到平面結(jié)構(gòu)中，該行業(yè)可以很容易地適應(yīng)，可以使量子技術(shù)可擴(kuò)展。目前，單個(gè)晶圓上數(shù)萬億個(gè)開關(guān)(稱為晶體管)允許經(jīng)典計(jì)算機(jī)處理信息。

“這項(xiàng)工作是建立可擴(kuò)展量子技術(shù)的令人鼓舞的第一步，”曼弗拉說。