科学家为量子计算机打造新“芯”
发布时间：2020-07-20 发布者：亚时财经
量子计算、量子计算机等都是当今信息技术的热门话题。人们不仅注重计算方法的更新迭代，在相关硬件方面也同样重视。研究人员介绍，研发量子计算机以及构建大范围量子网络面临着的核心挑战在于独立可控制的量子比特数。现在就也一个研究团队提出新的方案，建立了一个128量子比特的系统，这是目前最大的人造原子的集成光子芯片。
（图源：MIT news）
麻省理工学院电子研究实验室的Dirk Englund团队提出了一种方案，将量子微芯片（具有高相干色心的金刚石波导阵列）与光子集成芯片进行高产量混合集成建立一个128量子比特的系统。这种技术可以将大量不可分辨的可调谐人造原子装配成相位稳定的光子集成电路，是制造复用量子中继器以及通用量子处理器的技术关键。
目前量子比特数最高为70+位。科学家认为量子比特位数达到100-1000后才有望达到商用要求。也就是说该研究方案打造的芯片已经达到商用级别。
上面提到的金刚石色心是一种领先的固态人造原子量子比特，可以提供远距离量子纠缠、在10个量子比特上进行长达分钟级别的相干控制以及记忆增强的量子通信。但是主动芯片集成的光子器件以及晶圆级别单晶金刚石的缺乏限制着单片金刚石量子信息处理框架的可扩展性。
现今对此情况具有前景的解决方法是混合集成，也就是利用先进的微电子技术来装配封装好的子器件到单片多功能芯片上。然而，这种技术只能一片片地进行封装，大规模量产依旧是一个挑战；并且，对于人造原子的光谱排列，也不能很好地解决。
对此，该研究团队提出了一种“量子微芯片”框架，可以大幅提高纳米级别器件集成的产量和准确度。此次展示的人造原子芯片，包含具有高耦合效率、长相干时间的金刚石量子发射器，并且可以调谐光学频率来补偿微芯片间的光谱不均一性。
华东师范大学何泊衢博士表示，人造原子与光子芯片的大规模集成将极大地扩展纳米光子学器件的应用范围。该项目的先进之处在于可以有力推进未来光子和电子器件集成的规模化生产，对于可扩展的量子信息处理应用尤为吸引人。商用后，可以有效地在诸如新药与半导体材料的研发、密码学中的寻找大数质因数以及加速人工智能的发展等领域大放光彩。
值得一提的是，不少行业专家表示，在未来的发展中，量子计算机面临的主要挑战还是量子纠错。也就是说，人们还远未实现可扩展的量子计算，应该把精力集中在单个量子比特的纠错上，关注0和1之间，而不是0和1之外。所以在量子领域应当是正确的研究方向与不断迭代的硬件齐头并进。
责任编辑：Carrick
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