麻省理工学院的工程师开发了一种混合过程，将光子学与“人造原子”连接起来，从而制造出同类中最大的量子芯片。

 

麻省理工学院的研究人员开发了一种制造和整合“人造原子”的方法，这种人造原子是由极薄的金刚石薄片上的原子级缺陷产生的，利用光子电路，可以制造出同类中最大的量子芯片。

 

麻省理工学院电子工程和计算机科学系副教授Dirk Englund说，这一成就标志着可扩展量子处理器领域的“一个转折点”。他和他的同事指出，建造量子计算机将需要数以百万计的量子处理器，而新的研究证明了一种可行的方式来扩大处理器的产量。

 

与使用0和1表示的位来处理和存储信息的传统计算机不同，量子计算机使用量子位(即量子位)来操作，量子位可以同时表示0、1或两者。这种奇怪的特性允许量子计算机同时进行多种计算，解决经典计算机难以解决的问题。

 

 

新芯片中的量子位是用金刚石的缺陷制成的人造原子，通过可见光和微波的刺激，天富注册网址可以释放出携带量子信息的光子。英格伦和他的团队在《自然》杂志上描述了这一过程，它是一种混合的方法，在这种方法中，精心挑选的包含多个钻石量子位元的“量子微晶片”被放置在一个氮化铝光子集成电路上。

 

Englund说:“在过去20年的量子工程中，制造这样的人造量子位系统，其数量可与集成电子学相媲美，这是一个终极愿景。”“尽管在这一非常活跃的研究领域已经取得了显著进展，但制造和材料复杂性迄今为止只产生了2到3个发射子每个光子系统。”

 

利用他们的混合方法，Englund和他的同事能够建立一个128量子比特的系统——迄今为止最大的集成人工原子光子学芯片。

 

“很令人兴奋的技术,”马克说朗čar, Tiantsai林的哈佛大学的电子工程教授,他并没有参与这项研究。“他们能够在光子平台上获得稳定的发射源，同时保持非常好的量子记忆。”

 

《自然》杂志论文的其他作者包括麻省理工学院研究人员Noel H. Wan、Lu Tsung-Ju、Kevin C. Chen、Michael P. Walsh、Matthew E. Trusheim、Lorenzo De Santis、Eric A. Bersin、Isaac B. Harris、Sara L. Mouradian和Ian R. Christen;与桑迪亚国家实验室的Edward S. Bielejec合作。

 

小字虫的质量控制

 

人造原子在chiplets由彩色中心钻石，钻石的碳晶格的缺陷，邻近的碳原子缺失，其空间或填补不同的元素或留下空缺。在麻省理工学院的芯片中，取代的元素是锗和硅。每个中心作为一个类似原子的发射器，其自旋状态可以形成一个量子位元。人造原子释放出有颜色的光粒子或光子，携带由量子位元表示的量子信息。

 

钻石色中心可以制造出很好的固态量子位元，但是“这个平台的瓶颈实际上是建立一个可以扩展到成千上万的量子位元的系统和设备架构，”Wan解释说。“人造原子在固体晶体中，不需要的污染会影响重要的量子特性，比如相干时间。此外，晶体内部的变化会导致量子位元彼此不同，这使得衡量这些系统变得困难。”

 

研究人员决定采用模块化和混合的方法，而不是试图完全用钻石制造一个大型量子芯片。天富娱乐开户“我们使用半导体制造技术来制造这些小的金刚石chiplets，我们只选择最高质量的量子位模组，”万说。“然后我们把这些小芯片一块一块地集成到另一块芯片上，再把这些小芯片‘连接’到一个更大的设备中。”

 

集成发生在光子集成电路上，光子集成电路类似于电子集成电路，但使用光子而不是电子来携带信息。光子学提供了在电路模块之间以低损耗路由和切换光子的底层架构。电路平台是氮化铝，而不是传统的硅的一些集成电路。

 

“钻石的颜色中心发出可见光。然而，传统的硅吸收可见光，这就是为什么我们使用氮化铝作为我们的光子学平台，因为它是透明的，”卢解释说。“此外，氮化铝可以支持在低温下工作的光子开关，我们可以在低温下控制我们的颜色中心。”