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>>向上扩展的量子芯片:MIT工程师开发的混合过程,与“人造原子”,所连接光子以产生它的类型的最大量子芯片

此图描绘了量子光子芯片及其装配工艺的程式化渲染。该图像示出的下半部一个运作量子微小芯片(QMC),其发射被路由和操作上的光子集成电路(PIC)的单光子的脉冲。上半部分的图像显示的该芯片是如何制造:金刚石QMCS是分开制造,然后转移到所述PIC。来源:诺埃尔^ h万
此图描绘了量子光子芯片及其装配工艺的程式化渲染。该图像示出的下半部一个运作量子微小芯片(QMC),其发射被路由和操作上的光子集成电路(PIC)的单光子的脉冲。上半部分的图像显示的该芯片是如何制造:金刚石QMCS是分开制造,然后转移到所述PIC。来源:诺埃尔^ h万

抽象:
麻省理工学院的研究已经开发出一种方法制造和集成“人造原子”,由原子尺度缺陷的金刚石显微镜薄片,用光子电路产生,产生它的类型的最大量子芯片。

向上扩展的量子芯片:麻省理工学院的工程师开发的混合过程,与“人造原子”,所连接光子产生它的类型的最大的量子芯片

马萨诸塞州剑桥|发表于2020年7月10日

在完成“标记的转折点”,在可扩展的量子处理器领域德克·英格伦,电气工程和计算机科学的麻省理工学院系副教授说。量子处理器的数以百万计将需要构建量子计算机,而新的研究表明一种可行的方式来扩展处理器的生产,他和他的同事指出。

不像传统计算机,它处理和存储信息用比特来表示通过任一0和1,量子计算机上运行使用量子位,量子位或者,其可同时表示0,1,或两者。这种奇特的属性允许量子计算机可以同时执行多个计算,解决问题,这将是棘手的经典计算机。

在新的芯片的量子位是从在金刚石的缺陷,其可与可见光和微波炉被戳以发射携带量子信息的光子人造原子。vwin徳赢官网的方法,其英格伦和他的团队描述在Nature,是一种混合的方法,在严格挑选“量子微小芯片”包含多个基于金刚石的量子位被置于氮化铝光子集成电路上。

“在过去的20年量子工程,它一直以相当于集成的电子卷制造这种人造量子系统的最终目标,”英格兰德说。“虽然有了显着的进步,这个研究非常活跃的领域,制造和材料并发症迄今只取得了两到每个光子系统三个发射器。”

利用混合方法,英格伦和他的同事们能够建立一个128量子比特系统 - 最大的综合性人造原子,光子芯片呢。

在大自然纸质其他作者包括麻省理工学院的研究诺埃尔H.万崇巨鹿,凯文C.陈,迈克尔·P·沃尔什,马修E. Trusheim,洛伦佐·德·桑蒂斯,埃里克A. Bersin,艾萨克B.哈里斯,萨拉大号。莫拉迪安和Ian R.克里森;与爱德华S. Bielejec桑迪亚国家实验室。

对于小芯片质量控制

在小芯片的人造原子在于钻石色心的,在金刚石的碳晶格,其中相邻的碳原子是缺少,与他们的空间的缺陷或者通过不同的元件或填充悬空。在MIT小芯片,更换元件是锗和硅。每个中心用作原子状发射极,其自旋态可形成一个量子位。人造原子发射彩色的光,或光子的粒子,其承载通过该量子位所表示的量子信息。

钻石的色心好好固态量子比特,而是“借助这个平台实际上是建立一个系统和设备架构,可以扩展到量子位的千千万万的瓶颈,”万说。“人造原子在固体晶体,并且不希望的污染可能会影响重要量子性质,如相干时间,另外,在晶体内的变化可导致这些量子位是彼此不同,这使得它难以按比例这些系统”。

而不是试图在钻石完全建立一个大型的量子芯片,研究人员决定采取模块化和混合的方法。“我们使用的半导体制造技术,使钻石的这些小的小芯片,从中我们只选择最高质量的量子比特的模块,”万说。“然后,我们片逐片整合这些小芯片到另一个芯片,‘线’小芯片连成一个较大的设备。”

整合发生在光子集成电路,它类似于电子集成电路,但使用的光子而不是电子携带信息的地方。光子学提供了底层架构来在低损耗电路模块之间的路由和开关光子。该电路平台是氮化铝,而不是一些集成电路的传统的硅。

使用光子电路和钻石器芯片的这种混合方法,研究人员能够在一个平台上连接128个量子位。这些量子位是稳定和长寿命的,并且其排放可以在电路内被调谐以产生光谱不可区分的光子,根据万和同事。

模块化方法

同时该平台还提供一个可扩展的工艺,生产人造原子,光子芯片,下一步将是“打开它,”可以这么说,以测试其处理能力。

“这是一个概念证明是固态量子比特的发射是非常可扩展的量子技术,”万说。“为了处理量子信息,下一个步骤将是控制这些大量量子位并且也诱导它们之间的相互作用。”

在这种类型的芯片设计的量子比特不一定必须是这些特定的钻石颜色中心。其它芯片设计者可能选择其它类型的金刚石色心,原子缺陷等半导体晶体状碳化硅,某些半导体量子点,或在晶体稀土离子。“由于集成技术是混合动力和模块化,我们可以选择最好的材料适合于每一个组件,而不是仅仅依靠一种材料的自然属性,从而使我们对每个不同的材料的最佳性能组合成一个系统,”说鲁。

寻找一种方法来自动执行过程并展示与光电器件如调制器和探测器进一步整合将是必要建立必要的组合式量子计算机和多量子中继器在运输量子比特长距离,研究人员说,更大的筹码。

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撰稿贝基火腿,MIT讯记者

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艾比Abazorius

617-253-2709

@MIT

技术版权所有©麻省理工学院

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