荷蘭科學家首次實現了由6個硅基量子比特組成的完全可互操作的量子陣列。而且，他們借助新的芯片設計方法、自動化校準程序，以及量子比特初始化和讀出方法，能以較低錯誤率操作這些量子比特，有望催生硅基可擴展量子計算機。相關研究刊發于今天出版的《自然》雜志。
量子比特是量子計算機的基本計算單位，目前有幾種材料可用來制造量子比特，如超導回路、硅等，但哪種材料最適合建造大型量子計算機仍然未知。科學家們迄今只實現了較小規模硅量子芯片(由3個硅量子比特組成)高質量操作。在最新研究中，由利文·范德西彭教授領導的QuTech研究人員制造出了上述低錯誤率6硅基量子比特芯片。QuTech是由代爾夫特理工大學和荷蘭應用科學研究組織(TNO)組成的先進量子計算研究中心。
為制造出這些量子比特，研究人員首先將單個電子置于一個由6個間隔90納米的“量子點”組成的線性陣列中。量子點陣列在硅芯片內制造，硅芯片的結構與晶體管非常相似。他們用自旋來定義量子比特，自旋方向代表0或1。隨后，該團隊使用經過微調的微波輻射、磁場和電勢來控制和測量單個電子的自旋，并使它們相互作用。
自旋是一種非常微妙的性質，電磁環境的微小變化會導致自旋方向波動，增加錯誤率。在最新研究中，QuTech團隊基于他們此前處理量子點的經驗，采用新方法來制備、控制和讀取電子的自旋態。利用量子比特的這種新排列，他們可以按需創建出邏輯門和由2個或3個電子組成的糾纏系統。
研究人員指出，科學家們已經制造出由超過50個超導量子比特組成的量子陣列，但鑒于硅基技術已經被廣泛研究，基礎設施完備，有望更容易從研究轉移到工業。
范德西彭說：“在這項研究中，我們增加了硅基量子比特的數量，實現了高初始化保真度、高讀出保真度，高單量子比特門保真度和高雙量子比特狀態保真度。而且其中的關鍵模塊可擴展，增加更多量子比特。”(科技日報記者 劉霞)
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