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            綜述:以半導體實現量子計算

            2019-04-16 13:00:20 來源:科學網
                 綜述:以半導體實現量子計算。你一定聽說過量子計算機:人們對它寄予厚望,希望它能突破摩爾定律,帶來計算能力的新突破。




             

              但你或許不知道,如何實現量子計算?
             

              事實上,研究者已經提出了多個技術思路,可以通過超導電路、離子阱、半導體、金剛石色心,或者光子等各種媒介來構建量子比特體系,實現量子計算。針對以上每一種設想,都已經有科學家投身其中,進行了扎實的研究工作。
             

              在這些技術思路中,半導體量子計算備受青睞。這是因為傳統半導體工藝已經十分成熟,如果能夠以半導體技術實現量子計算,量子計算機的后續部署將可以更加順利。
             

              美國、歐洲、日本、澳大利亞等地的科學家都進行了相關研究,他們取得的代表性研究成果包括:在半導體量子點中制備達到容錯量子計算要求的高保真度單量子比特門(2013)、高保真度兩量子比特門(2018)以及高速高保真度的比特讀出(2018)等,并提出了可擴展的半導體量子芯片方案(2018,圖1(b))。
             

              我國科研人員也不甘落后,在近十年中積累了多項半導體量子計算領域的核心技術。中國科學技術大學郭國平教授研究組在砷化鎵半導體量子點中制備了高速操控的單電荷量子比特(2013)和雜化量子比特(2016),演示了兩電荷量子比特的受控非門(2015,圖1(a)),并在國際上首次演示了半導體三量子比特的受控操作(2018)。該研究組還與本源量子計算公司合作,希望通過多項系統性研究工作,在硅基半導體量子點中進一步提高比特保真度,并探索半導體量子比特的可擴展架構。
             

              近日,中國科學技術大學中國科學院量子信息重點實驗室的郭國平教授、李海歐研究員和博士生張鑫等在《國家科學評論》(National Science Review, NSR)上發表綜述論文Semiconductor quantum computation,總結了基于半導體量子點構建量子比特的不同方法,以及相關的比特初始化、讀出和操控方式,并介紹了國際和國內在單比特和兩比特操控上的重要進展。文章分析了在半導體材料和比特擴展技術等方面面臨的挑戰和解決方法,并展望了半導體量子計算芯片在未來的應用和影響。

             
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