雷鋒網(wǎng)消息，2020年4月15日，英特爾與QuTech共同在《自然》雜志（Nature）上發(fā)表了一篇論文，證明了在高于1開氏度下，能夠成功控制“高溫”量子位（量子計(jì)算的基本單位）。該研究還重點(diǎn)論述了對(duì)兩個(gè)量子位的單獨(dú)相干控制，其單量子位保真度高達(dá)99.3%。這些突破突顯出對(duì)未來量子系統(tǒng)和硅自旋量子位進(jìn)行低溫控制的潛力，硅自旋量子位與單電子晶體管極為相似，可以集成在一個(gè)封裝內(nèi)。

英特爾已經(jīng)發(fā)明了一種自旋量子位制造流程，基于300毫米工藝技術(shù)，使用的是這種同位素純晶圓（硅晶圓）。（圖片來源：Walden Kirsch/英特爾公司）

這一研究實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵性能突破。一般來說，除非將量子位冷卻到接近絕對(duì)零度（-273攝氏度，或0開氏度），否則量子位中存儲(chǔ)的量子信息通常很快就會(huì)丟失。在《自然》雜志重點(diǎn)報(bào)道的研究中，英特爾和QuTech首次展現(xiàn)了如何運(yùn)行較高溫度、較大密度且相干的量子位。這些密集的量子位能夠在相對(duì)較高的溫度下高質(zhì)量運(yùn)行。

隨著這項(xiàng)研究的開展，研究人員同時(shí)證明，1開氏度以上溫度可以實(shí)現(xiàn)硅量子點(diǎn)的單量子位控制。但是直到此前，只有在40毫開氏度的低溫下，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)量子位的控制。英特爾與QuTech的合作研究展現(xiàn)了新的突破，在1.1開氏度下，可以運(yùn)行量子電路中的完整雙量子位邏輯單元。

通過這項(xiàng)研究，英特爾和QuTech還證明了能夠控制雙量子位系統(tǒng)電子自旋的能力，并測(cè)量出單量子位保真度高達(dá)99.3%，且可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確調(diào)整。此外，研究團(tuán)隊(duì)還證明在45毫開氏度到1.25開氏度的溫度范圍內(nèi)，自旋量子位的性能受影響最小。

英特爾研究院量子硬件總監(jiān)Jim Clarke表示：“這項(xiàng)研究代表我們對(duì)硅自旋量子位的研究取得了意義非凡的進(jìn)展，我們認(rèn)為硅自旋量子位是一個(gè)極具潛力的候選技術(shù)，有望賦能商業(yè)規(guī)模級(jí)量子系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兎浅ｎ愃朴谟⑻貭栆阎圃斐^50年之久的晶體管。我們證明高溫量子可以在更高的溫度下工作，同時(shí)保持高保真度，這為在不會(huì)影響量子位性能的情況下，實(shí)現(xiàn)各種本地量子位控制選項(xiàng)鋪平了道路。”

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，目前業(yè)界包括英特爾、IBM、谷歌都在研究超導(dǎo)量子位的路徑。超導(dǎo)量子位是在2000年后由美國的兩家實(shí)驗(yàn)室做出來的，它通過固態(tài)電路超導(dǎo)、零卡爾文或幾個(gè)毫卡爾文的溫度下能夠達(dá)到量子態(tài)。

硅自旋量子位是英特爾實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算一個(gè)獨(dú)一無二的路徑，這個(gè)路徑非常適合使用英特爾現(xiàn)在的一整套硅半導(dǎo)體工藝，發(fā)揮出英特爾的優(yōu)勢(shì)。英特爾已經(jīng)可以在12寸的晶圓上制造出兩個(gè)硅自旋量子位，然后控制它們進(jìn)行糾纏。硅自旋量子位的優(yōu)勢(shì)是可以利用具體粒子做量子位，實(shí)現(xiàn)起來體積更小，更適合構(gòu)造大型量子計(jì)算系統(tǒng)。

雖然不同的量子計(jì)算路徑之間是相互獨(dú)立的關(guān)系，但目前面臨的挑戰(zhàn)是相同的。能否將量子計(jì)算應(yīng)用于實(shí)際問題中，取決于同時(shí)以高保真度擴(kuò)展和控制數(shù)千個(gè)（甚至是數(shù)百萬個(gè)）量子位的能力。然而，當(dāng)前的量子系統(tǒng)設(shè)計(jì)受限于整體系統(tǒng)尺寸、量子位保真度，尤其是大規(guī)模管理量子所需的控制電子器件的復(fù)雜程度。

在一個(gè)芯片上集成控制電子器件和自旋量子位，可以大大簡(jiǎn)化兩者之間的互連。但是要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，提高量子位的工作溫度至關(guān)重要。在此之前，量子計(jì)算機(jī)被證明只能在毫開爾文的溫度范圍內(nèi)工作——只比絕對(duì)零度高出零點(diǎn)幾度?，F(xiàn)在，隨著對(duì)高溫量子的研究，QuTech與英特爾的合作已經(jīng)證明了一個(gè)假設(shè)，即硅自旋量子位有可能在略高于當(dāng)前量子系統(tǒng)運(yùn)行溫度中工作，從而向量子計(jì)算的可擴(kuò)展性邁出了一步。

利用硅自旋量子推進(jìn)量子計(jì)算，讓英特爾能夠利用在先進(jìn)封裝和互連技術(shù)方面的專業(yè)性，為實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性開辟一條可擴(kuò)展的道路。英特爾將持續(xù)推進(jìn)全棧量子系統(tǒng)的發(fā)展，這項(xiàng)研究正是建立在此前的一系列工作之上，包括去年年底推出的首款Horse Ridge低溫量子控制芯片。雷鋒網(wǎng)

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