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英国科学家制造出可伸缩量子信息处理装置

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:11

    英国科学家制造出可伸缩量子信息处理装置

    微阱芯片

    作为英国的国家计量研究所(National Measurement Institute),英国国家物理实验室(NPL)对如何将物质奇异的量子状态用于对如时间和频率等量的更高精度测量十分感兴趣。然而,这项研究不仅仅关于测量。该设备可以用在量子计算机上,在量子计算机中,强大的量子算法是由纠缠的量子比特来执行的。例如,使用量子算法来进行大数的因子分解比用经典算法要快得多。

    由2D电极阵列组成的可伸缩离子阱已经开发出来,但3D阱几何提供了束缚离子的更高势能。一个成功的可伸缩3D离子阱设备基于对以下两种特性的保持:能扩大设备以容纳更多原子粒子,同时保持阱势以保证在原子尺度上对离子的精确控制。以前的研究多以牺牲至少上述特性之一而告终,这主要是由于生产过程中的种种限制造成的。

    现在,英国国家物理实验室(NPL)的研究团队已经制造出第一个单体离子微阱阵列,将近理想3D几何与可伸缩的制造工序巧妙地结合起来,实现了该领域的一个突破。就基本的运作特性而言,这一微阱芯片的性能优于其它所有可伸缩的离子阱设备。

    使用一种基于传统半导体制造技术的新型制造工序,科学家从硅基二氧化硅晶片中开发出了微阱设备。该研究团队能够将单个离子或由多达14个离子组成的离子串束缚在单段阵列中。这一新型制造工序能够使设备扩展,即使待处理的离子数量大大增加,也足以应对,同时,它也保持了分别控制单个离子的能力。

    纳米技术进步神速,根据摩尔定律,经典处理器芯片的性能成倍增长。而量子处理器尚处于萌芽状态,而英国国家物理实验室(NPL)开发出的设备在扩大量子处理器芯片规模以容纳更多以离子为基础的量子比特上,不失为一个有前途的方法。

    英国国家物理实验室(NPL)的首席科学家阿拉斯泰尔•辛克莱(Alastair Sinclair)称;“我们设法生产必不可少的设备或工具,这是量子技术最先进的研究和发展的关键。这可能是未来原子钟设备的基础,它关系到定位、计时和导航设备,甚至关系到未来基于束缚离子的量子处理器芯片的基础,而后者通向量子计算机和量子信息网络。”

    更多信息参见论文A monolithic array of three-dimensional ion traps fabricated with conventional semiconductor technology,发表于《自然-纳米技术》。

    (环球科学 邱晓琰)

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