所�量子�片就是將量子�(xiàn)路集成在基片�,�(jìn)而承載量子信息處理的功能。借鑒于傳�(tǒng)�(jì)算機(jī)的發(fā)展歷��量子�(jì)算機(jī)的研究在克服瓶頸技�(shù)之后,要想實(shí)�(xiàn)商品化和�(chǎn)�(yè)升級(jí),需要走集成化的道路。目前,超導(dǎo)系統(tǒng)�半導(dǎo)�量子�(diǎn)系統(tǒng)、微納光子學(xué)系統(tǒng)、甚至是原子和離子系�(tǒng),都想走芯片化的道路。從目前的發(fā)展看,超�(dǎo)量子芯片系統(tǒng)從技�(shù)上走在了其它物理系統(tǒng)的前�;傳�(tǒng)的半�(dǎo)體量子點(diǎn)系統(tǒng)也是目前人們努力探索的目標(biāo),因?yàn)楫吘箓鹘y(tǒng)的半�(dǎo)體工�(yè)�(fā)展已�(jīng)很成�,如半導(dǎo)體量子芯片在退相干�(shí)間和操控精度上一旦突破容�(cuò)量子�(jì)算的閾�,有望集成傳�(tǒng)半導(dǎo)體工�(yè)的現(xiàn)有成�,大大節(jié)省開(kāi)�(fā)成本�
中科院量子信息重�(diǎn)�(shí)�(yàn)室教授郭�(guó)�、肖明與合作者成功實(shí)�(xiàn)了半�(dǎo)體量子點(diǎn)體系的兩�(gè)電荷量子比特的控制非邏輯門(mén),成果于2015�7�17日發(fā)表在《自然—通訊》上。中科院量子信息重點(diǎn)�(shí)�(yàn)室郭�(guó)平教授半�(dǎo)體量子芯片研究組及其合作者又破世界紀(jì)錄,通過(guò)�(shí)�(yàn)成功�(shí)�(xiàn)世界上最快速量子邏輯門(mén)操作,取得半�(dǎo)體量子芯片研究的重要突破�
傳統(tǒng)砷化鎵半�(dǎo)體量子點(diǎn)量子比特研究
半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于其良好的�(kuò)展性和集成性是�(shí)�(xiàn)固態(tài)量子�(jì)算的最有力候選者。由單電子在雙量子點(diǎn)中的左右量子�(diǎn)的占�(jù)�(tài)編碼的電荷量子比特有眾多的優(yōu)越�,成為量子計(jì)算研究最熱門(mén)的研究方�。首先,電荷量子比特門(mén)操作速度可以較大范圍的調(diào)節(jié),達(dá)到GHz的頻率;其次,電荷量子比特的制備、操控和讀取可以用全電�(xué)操控�(lái)完成;,電子電荷自由度作為量子比特可以與�(xiàn)有信息處理技�(shù)兼容,并且可以利用先�(jìn)的半�(dǎo)體工藝技�(shù)完成大面積的�(kuò)展和集成�
一�(gè)單量子比特邏輯門(mén)操控和一�(gè)兩量子比特受控非門(mén)可以組合任意一�(gè)普適量子邏輯門(mén)操控,而實(shí)�(xiàn)普適量子邏輯門(mén)操控是實(shí)�(xiàn)量子信息處理�(guò)程的最�(guān)鍵技�(shù)。國(guó)際上主要有美�(guó)哈佛大學(xué)、威斯康星大�(xué)等集中在電子電荷量子比特的量子計(jì)算研�,我們研究團(tuán)�(duì)�2013年成功實(shí)�(xiàn)了半�(dǎo)體超快普適單比特量子邏輯門(mén)(Nat.Commun.4:1401(2013),經(jīng)�(guò)兩年的摸索和積累,研究組�2015年成功實(shí)�(xiàn)兩�(gè)電荷量子比特的控制非門(mén),其操控最短在200皮秒�?xún)?nèi)完成。相�(duì)于國(guó)際上目前電子自旋兩量子比特的水平,新的半�(dǎo)體兩量子比特的操控速度提高了數(shù)百�。單比特和兩比特的量子邏輯門(mén)的完成,表明量子�(jì)算所需的所有基本量子邏輯門(mén)都可以在半導(dǎo)體上通過(guò)全電控制方式�(shí)�(xiàn)。這種方式具有操控方便、速度超快、可集成�、并兼容傳統(tǒng)半導(dǎo)體電子技�(shù)等重要優(yōu)�(diǎn),是�(jìn)一步研制實(shí)用化半導(dǎo)體量子計(jì)算的�(jiān)�(shí)基礎(chǔ)�
新型非摻雜砷化鎵和硅鍺異�(zhì)�(jié)量子比特的制備和操控研究
傳統(tǒng)的砷化鎵量子�(diǎn)是基于摻雜的砷化鎵鋁異質(zhì)�(jié)中的二維電子氣上形成的。由于摻雜不可避免的削弱電子電荷和自旋的�(wěn)定�,從而增加了量子比特受到摻雜電子電荷噪聲的影�,縮短了量子比特的弛豫時(shí)�,加快了量子比特的的退相干�(guò)�。以解決上述�(wèn)題為目標(biāo),分別采用非摻雜GaAs和SiGe異質(zhì)�(jié)�(jìn)行新型雙層結(jié)�(gòu)量子�(diǎn)器件的設(shè)�(jì)和制備,減小電荷噪聲的影�,排除核自旋的影響,延長(zhǎng)量子比特的退相干�(shí)�,實(shí)�(xiàn)單電子電荷和自旋量子比特的制�、測(cè)量和操控。新型量子點(diǎn)器件是繼承傳�(tǒng)量子�(diǎn)器件可集成性等�(yōu)�(shì)的同�(shí),又具有高遷移率、強(qiáng)�(wěn)定性的增強(qiáng)型量子點(diǎn)研究體系,是�(shí)�(xiàn)多量子比特耦合的基�(chǔ)�
基于非摻雜砷化鎵異質(zhì)�(jié)的電荷量子比特和基于非摻雜SiGe異質(zhì)�(jié)的電子自旋量子比特研究都是相�(guān)研究中的新興熱門(mén)�(lǐng)域,特別是基于SiGe量子�(diǎn)的自旋量子比特由于其�(méi)有核自旋,具有較�(zhǎng)的量子退相干�(shí)間。我們研究團(tuán)�(duì)成功制備了兩種材料的雙量子點(diǎn)器件,完成了砷化鎵量子點(diǎn)的表征和電子弛豫�(shí)間以及退相干�(shí)間的�(cè)�,正在開(kāi)展�(jìn)一步的�(shí)�(yàn)研究�
半導(dǎo)體量子點(diǎn)與超�(dǎo)腔耦合的復(fù)合量子比特以及多量子比特?cái)U(kuò)�
基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的量子計(jì)算方案都是利用相鄰量子點(diǎn)量子比特之間的交換相互作用來(lái)�(shí)�(xiàn)多比特的量子邏輯門(mén)操作,非近鄰量子比特之間的邏輯門(mén)操作需要通過(guò)一系列近鄰門(mén)操作組合完成,這大大增加了�(jì)算過(guò)程中邏輯門(mén)操作的數(shù)量和難度。最近有些理論工作提出借用超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)中的超導(dǎo)傳輸諧振腔等概念�(lái)�(shí)�(xiàn)半導(dǎo)體量子點(diǎn)非近鄰量子比特耦合的量子數(shù)�(jù)總線(xiàn),但是相�(yīng)的實(shí)�(yàn)還處于起步和摸索階段。不�(guò)半導(dǎo)體量子點(diǎn)和超�(dǎo)諧振腔為我們提供一種嶄新的物理體系,同�(shí)很好的兼容了傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)�(yè)各種微納米工藝和技�(shù),在未來(lái)的信息處理器中具有廣闊的�(yīng)用前景。我們團(tuán)�(duì)提出了最早的非強(qiáng)耦合條件下的超導(dǎo)傳輸諧振腔與量子�(diǎn)量子�(jì)算理論方案(Phys.Rev.Lett.101,230501(2008).�,大大降低了�(shí)�(yàn)的要求和難度�
我們研究團(tuán)�(duì)在半�(dǎo)體量子點(diǎn)的制備和操控方面積累了大量的�(shí)�(yàn)�(jīng)�(yàn)和技�(shù),對(duì)超導(dǎo)諧振腔體的制備和表征也掌握關(guān)鍵的工藝技�(shù)。經(jīng)�(guò)幾年研究積累,完成了超導(dǎo)諧振腔與石墨烯雙量子�(diǎn)以及超導(dǎo)諧振腔與兩�(gè)石墨烯雙量子�(diǎn)�(shí)�(xiàn)�(yuǎn)程耦合的實(shí)�(yàn)研究,以此為基礎(chǔ)著力于解決半�(dǎo)體量子點(diǎn)多比特之間的耦合�(wèn)題,具有很大的理論和�(shí)�(yàn)挑戰(zhàn)性。我們目前的這些前期工作已屬于世界研究前�,結(jié)合已�(kāi)展的半導(dǎo)體量子點(diǎn)處理單元和測(cè)量單元研�,集中推�(jìn)基于固態(tài)量子比特的多量子比特?cái)U(kuò)展研究�
基于新型二維材料(Graphene,TMDS)體系的量子器件制備和量子物理研�
“量子芯片”是未來(lái)量子�(jì)算機(jī)的“大腦��2016�2�,國(guó)際權(quán)威雜志《物理評(píng)論快�(bào)》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)技�(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)�(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)�(shí)�(yàn)室郭�(guó)平研究組在量子芯片開(kāi)�(fā)�(lǐng)域的一�(xiàng)重要�(jìn)�。該成果由郭�(guó)平研究組及合作者完�,首次在砷化鎵半�(dǎo)體量子芯片中成功�(shí)�(xiàn)了量子相干特性好、操控速度�、可控性強(qiáng)的電控新型編碼量子比�。研究組利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多電子�(tài)軌道的非�(duì)�(chēng)特性,首次在砷化鎵半導(dǎo)體系�(tǒng)中實(shí)�(xiàn)了軌道雜化的新型量子比特,巧妙地將電荷量子比特超快特性與自旋量子比特的長(zhǎng)相干特性融為一�,實(shí)�(xiàn)了“魚(yú)”和“熊掌”的兼得。實(shí)�(yàn)�(jié)果表明,該新型量子比特在超快操控速度方面與電荷量子比特類(lèi)�,而其量子相干性方面,卻比一般電荷編碼量子比特提高近十�。同�(shí),該新型多電子軌道雜化實(shí)�(xiàn)量子比特編碼和調(diào)控的方式具有很強(qiáng)的通用�,對(duì)探索半導(dǎo)體中極性聲子和壓電效應(yīng)�(duì)量子相干特性的影響提供了新思路�
�(jù)�(guó)外媒體報(bào)�,當(dāng)前計(jì)算機(jī)�(shù)�(jù)是由1�0表示�,然而,量子�(jì)算機(jī)能夠使用亞原子粒子編碼數(shù)�(jù)。專(zhuān)家認(rèn)�,量子比特同�(shí)具有兩種狀�(tài),能夠顯著提高計(jì)算速度和能�。目�,谷歌公司與科學(xué)家聯(lián)手研制量子級(jí)�(jì)算機(jī)處理器,有望未來(lái)使機(jī)器人像人�(lèi)一樣“獨(dú)立思考問(wèn)題��
美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校物理學(xué)家約�-馬蒂尼斯(JohnMartinis)是超�(dǎo)量子�(jì)算領(lǐng)域的資深研究員之一,他與谷歌公司建立合作關(guān)�,在量子人工智能�(shí)�(yàn)室�(jìn)行研究工��
谷歌公司工程部主管哈爾穆�-�(nèi)�(HartmutNeven)�(shuō):“該量子人工智能�(shí)�(yàn)室目前能�?qū)嵤┖蜏y(cè)試量子化和推理處理器的設(shè)�(jì)。�
谷歌公司致力于自�(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人研究,開(kāi)始日益聚焦人工智能技�(shù)。谷歌公司收�(gòu)DeepMindTechnologies人工智能公司,DeepMindTechnologies�(chuàng)始人之一、神�(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家杰米斯-哈薩比斯(DemisHassabis)兩年前曾嘗試研制像人�(lèi)一樣思考的�(jì)算機(jī)�
然�,DeepMindTechnologies另一位創(chuàng)始人謝恩-雷格(ShaneLeg)警告�(chēng),人工智能是本世紀(jì)最危險(xiǎn)的技�(shù)之一,認(rèn)為它將導(dǎo)致人�(lèi)滅絕�
“量子衛(wèi)星之父”潘建偉�15年后用量子芯片防盜刷
46歲的“學(xué)霸”科�(xué)家潘建偉近期再度受關(guān)注,是因?yàn)槲覈?guó)�(fā)射的世界上首顆量子科�(xué)�(shí)�(yàn)�(wèi)星“墨子號(hào)�。預(yù)�(jì)�11月中�,這顆�(wèi)星將完成全部在軌�(cè)試工�,開(kāi)始國(guó)際前沿量子科�(xué)�(shí)�(yàn)。潘建偉正是這顆量子�(wèi)星的首席科學(xué)家�
�11�5日舉行的�2016年中�(guó)科技傳播論壇”上,潘建偉表示,將�15年左右時(shí)�,構(gòu)建天地一體的有量子通信安全保障的未�(lái)互聯(lián)�(wǎng),即量子互聯(lián)�(wǎng)。他�(shuō),“量子稱(chēng)霸”為�(shí)不遠(yuǎn)�
“有�(guó)外同行把量子�(wèi)星比喻為前蘇�(lián)的‘伴侶號(hào)’衛(wèi)星,那是人類(lèi)顆人造衛(wèi)�,所以‘墨子號(hào)’的�(kāi)�(chuàng)性不言而喻?!迸私▊プ院赖卣f(shuō)�
量子通信與普通老百姓的生活有關(guān)�?他介紹�(shuō),中�(guó)力爭(zhēng)�2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信�(wǎng)�(luò),并在此基礎(chǔ)上,�(gòu)建信息充分安全的“量子互�(lián)�(wǎng)�。開(kāi)始可�?chē)?guó)防安全用得比較多,如果這�(gè)秘鑰好用的話(huà),馬上緊接而來(lái)的可能是金融�(lǐng)�,因?yàn)樗麄冇幸恍┍C苄蕴貏e�(qiáng)的數(shù)�(jù),需要這�(gè)技�(shù)。當(dāng)然再�(guò)幾年成本低下�(lái)之后,每�(gè)老百姓的手機(jī)、銀行賬�(hào)里也可以用這種方法�(lái)�(jìn)行保��
他甚至給出了一�(gè)量子通信技�(shù)普及的時(shí)間表�5年左右很多機(jī)要部門(mén)�(kāi)始用�10年左右金融業(yè)、銀行等大機(jī)�(gòu)�(kāi)始使��15年的�(shí)間或許走�(jìn)千家�(wàn)�(hù)。屆�(shí),每�(gè)人的家里只要裝上一�(gè)量子加密芯片,那�,銀行轉(zhuǎn)�、電子賬�(hù)等涉密操�,都不用�(dān)心被盜用或者攻��?
也許就在不遠(yuǎn)的將�(lái),量子通信技�(shù)將如同手�(jī)、電腦一�,走入尋常百姓家�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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