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美新研究表明兩個硅量子比特實現四毫米距離通信
出自:中國科學院

近日,美國普林斯頓大學研究人員在開發硅基量子計算機硬件方面邁出了重要一步。他們成功地在相距4毫米的兩個硅自旋量子比特間實現了信息交換,證明硅量子比特可以在相對較遠距離間進行通信。相關研究論文發表在25日的《自然》雜志上。

量子計算機的計算能力遠超傳統計算機,這源于其應用的量子比特可以同時處在多個狀態。要實現大規模量子計算,未來的量子計算機需要有成千上萬個可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開發的原型量子計算機已經擁有了數十個、甚至近百個量子比特。而許多技術專家認為,相較谷歌、IBM原型機使用的超導量子比特,從長遠來看,基于硅的量子比特更有前途——其制造成本更低,保持量子態的時間也更長。但硅自旋量子比特由單電子組成,非常小,如何在多個量子比特之間布線是大規模量子計算機面臨的一個主要挑戰。

此次,普林斯頓大學教授杰森·佩塔帶領研究團隊證明,硅自旋量子位在計算機芯片上相距較遠時也可以相互作用,這為解決量子比特間的互連問題奠定了基礎。

為了實現硅自旋量子比特長距離通信這一目標,研究團隊使用一個包含單個光子的狹窄空腔作為“導線”,連接兩個相距4毫米的量子比特。他們成功地調諧了兩個量子比特,同時將它們與光子耦合,最終實現兩個量子比特間的相互通信。

4毫米看似很短,但換個角度,如將一個量子比特比做一所房子,這一距離的通信則意味著一所房子在向750英里外的另一所房子發送消息。

杰森·佩塔表示,在硅芯片上跨越4毫米傳輸信息的能力將賦予量子硬件更多新功能。從長遠來看,他們的研究有助于改善芯片上以及各個芯片間的量子位元通信。

并未參與該研究的斯坦福大學電氣工程學教授葉蓮娜·武科維奇評論指出,證明量子比特之間的遠程相互作用對于量子技術,如模塊化量子計算機和量子網絡的進一步發展至關重要,杰森·佩塔團隊的研究成果令人振奮。 


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