小小的新型量子信息读取器，为规模化量子计算机铺平道路

该研究论文的作者，从左到右：博士生马克·R·霍格（Mark R. Hogg）、米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons）教授、博士后马修·G·豪斯（Matthew G. House）、博士生普萨娜·帕基安姆（Prasanna Pakkiam）以及博士后安德烈·季莫费耶夫（Andrey Timofeev）。

据《物理评论X》杂志最近刊发的一篇研究论文称，澳大利亚新南威尔士大学悉尼校区（UNSW Sydney）米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons）教授的研究团队研制了一款小型传感器，可以用于获取存储在单个原子的电子中的信息，这一技术上的突破让我们更接近于实现规模化的硅基量子计算。该项研究是在澳大利亚量子计算与通信技术卓越中心（CQC2T）进行的，博士生普萨娜·帕基厄姆（Prasanna Pakkiam）是该研究论文的第一作者。

由半导体中单个原子上的电子所构成的量子比特（或称量子位）具有长期的稳定性，因此，它对于大型量子计算机来说是一个潜力巨大的平台。通过精确定位和将单个磷原子封装在硅片中的方式来制造量子位，是西蒙斯的团队在澳大利亚本土开发、独一无二、全球领先的一种方法。在此之前，对磷原子结构进行规模化添加所需的所有连接和栅极是一个巨大的挑战与难题。

西蒙斯教授介绍道：“为了监测哪怕一个量子位，你都必须围绕单个原子建立多个连接和栅极，而这些原子周围的空间并不宽敞。更重要的是，你需要让这些高质量的量子位靠得足够近，以便它们之间能够相互通信，而这种情况只有在它们周围存在尽可能少的栅极等基础结构时，才可能实现。”尽管与其他制造量子计算机的方法相比，西蒙斯的量子系统所具有的栅极密度已经相对较低，但是传统测量手段的每量子位仍然需要至少4个栅极：1个用于对其进行控制，另外3个用于读取其中的信息。

新南威尔士大学的该研究小组通过将读出传感器集成到其中一个控制栅极中，已经能够将栅极数降至两个：1个用于控制，另外1个用于读取。该论文的第一作者帕基厄姆解释道：“我们的系统不仅更紧凑小巧，而且通过在栅极上集成连接一个超导电路，我们现在拥有的灵敏度已经能够通过测量一个电子是否在两个相邻原子之间发生位移来确定该量子位的量子态。并且，我们已经证明，我们能够仅测量一次——单次发射——就实时地完成这一测量，而不需要进行重复实验再对所有结果取平均值。”

西蒙斯教授总结道：“这一成果代表了我们在对嵌入量子位信息的读取技术上取得了重大进展。这一结果证实了，量子位的单栅极读取技术现在已经达到了规模化的量子计算机进行必要量子误差修正所需要的灵敏度。”

作为澳大利亚第一家量子计算公司，硅量子计算有限公司（Silicon Quantum Computing Pty Limited，简称SQC）成立于2017年5月，一直致力于研制基于CQC2T所有的一套知识产权成果的量子计算机，并将其商业化。该公司的目标是在2022年之前，生产出一个基于硅、10个量子位的演示装置设备，以作为商用硅基量子计算机的开山鼻祖。

编译：朱明逸 审稿：三水 责编： 唐林芳

期刊来源： 《物理评论X》

原文链接：
https://phys.org/news/2018-11-quantum-scale-scientists-compact-sensitive.html

中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。