六硅基量子位处理器首次实现完全控制

有望催生可扩展量子计算机

科技日报北京9月29日电 （记者刘霞）荷兰科学家首次实现了由6个硅基量子比特组成的完全可互操作的量子阵列。而且，他们借助新的芯片设计方法、自动化校准程序，以及量子比特初始化和读出方法，能以较低错误率操作这些量子比特，有望催生硅基可扩展量子计算机。相关研究刊发于今天出版的《自然》杂志。

量子比特是量子计算机的基本计算单位，目前有几种材料可用来制造量子比特，如超导回路、硅等，但哪种材料最适合建造大型量子计算机仍然未知。科学家们迄今只实现了较小规模硅量子芯片（由3个硅量子比特组成）高质量操作。在最新研究中，由利文·范德西彭教授领导的QuTech研究人员制造出了上述低错误率6硅基量子比特芯片。QuTech是由代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织（TNO）组成的先进量子计算研究中心。

为制造出这些量子比特，研究人员首先将单个电子置于一个由6个间隔90纳米的“量子点”组成的线性阵列中。量子点阵列在硅芯片内制造，硅芯片的结构与晶体管非常相似。他们用自旋来定义量子比特，自旋方向代表0或1。随后，该团队使用经过微调的微波辐射、磁场和电势来控制和测量单个电子的自旋，并使它们相互作用。

自旋是一种非常微妙的性质，电磁环境的微小变化会导致自旋方向波动，增加错误率。在最新研究中，QuTech团队基于他们此前处理量子点的经验，采用新方法来制备、控制和读取电子的自旋态。利用量子比特的这种新排列，他们可以按需创建出逻辑门和由2个或3个电子组成的纠缠系统。

研究人员指出，科学家们已经制造出由超过50个超导量子比特组成的量子阵列，但鉴于硅基技术已经被广泛研究，基础设施完备，有望更容易从研究转移到工业。

范德西彭说：“在这项研究中，我们增加了硅基量子比特的数量，实现了高初始化保真度、高读出保真度，高单量子比特门保真度和高双量子比特状态保真度。而且其中的关键模块可扩展，增加更多量子比特。”