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新的强大设备可能会扩大量子技术

2019-07-09 16:12:38 来源:

新设备可以带来可扩展的量子比特,因为它是平面的,就像已经使用的硅晶片一样,并且由于铝和砷化铟的结合所带来的保护性能而具有强大的功能。多年来,研究人员一直在努力构建一个可以扩大规模的量子计算机,但量子计算,量子比特的构建模块仍然不够强大,无法处理量子计算机的嘈杂环境。

两年前开发的理论提出了一种通过将半导体铟砷与超导体铝结合到平面器件中来使量子比特更具弹性的方法。现在,这个理论已经获得了一个设备的实验支持,该设备也可以帮助扩展量子比特。

这种半导体 - 超导体组合创造了一种“拓扑超导”状态,可以防止量子比特环境中的微小变化,这种变化会干扰其量子特性,这是一个被称为“退相干”的着名问题。

该器件具有潜在的可扩展性,因为它具有平坦的“平面”表面 - 业界已经以硅晶片的形式用于构建传统微处理器的平台。

该作品发表在“自然”杂志上,由哥本哈根大学Niels Bohr研究所的微软量子实验室领导,该研究所制造并测量了该设备。普渡大学的微软量子实验室利用分子束外延技术发展了半导体 - 超导体异质结构,并进行了初步表征测量。

来自加利福尼亚州圣巴巴拉的微软研究实验室Station Q以及芝加哥大学和以色列魏兹曼科学研究所的理论师也参与了这项研究。

“由于平面半导体器件技术在经典硬件方面已经取得了如此成功,有几种扩展量子计算机的方法已经建立起来,”普渡大学的Bill和Dee O'Brien物理与天文学教授,教授Michael Manfra说。电气和计算机工程和材料工程专业,领导Purdue的Microsoft Station Q网站。

这些实验提供的证据表明,铝和铟砷当结合在一起形成称为约瑟夫森结的器件时,可以支持Majorana零模式,科学家已经预测这种模式具有防止退相干的拓扑保护。

众所周知,铝和砷化铟很好地协同工作,因为它们之间的电流很好。

这是因为与大多数半导体不同,砷化铟不具有阻止一种材料的电子进入另一种材料的屏障。这样,铝的超导性也可以制成砷化铟的顶层,半导体,超导体。

“该设备尚未作为量子比特运行,但本文表明它具有成为可扩展技术的正确成分,”Manfra说,他的实验室专门为即将推出的量子技术构建平台并理解其物理特性。

将超导体和半导体的最佳特性结合到平面结构中,该行业可以很容易地适应,可以使量子技术可扩展。目前,单个晶圆上数万亿个开关(称为晶体管)允许经典计算机处理信息。

“这项工作是建立可扩展量子技术的令人鼓舞的第一步,”曼弗拉说。

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