承载16个量子点横杆阵列的量子芯片的照片，无缝集成到棋盘图案中。每个量子点，就像棋盘上的棋子一样，都是唯一可识别的，并且可以用字母和数字的坐标系统来控制。图片来源:Marieke de Lorijn for QuTech。图片来源:Marieke de Lorijn, QuTech
来自代尔夫特的研究人员建立了一种方法，使用类似棋盘的方法，只用几条控制线来处理许多量子点。这使得有史以来最大的门定义量子点系统得以运行。他们的研究结果是为实用量子技术开发可扩展量子系统的重要一步。他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上。
量子点可以用来容纳量子比特，量子比特是量子计算机的组成部分。目前，每个量子位都需要自己的寻址线和专用的控制电子设备。这是非常不实际的，与今天的计算机技术形成鲜明对比，在今天的计算机技术中，数十亿个晶体管由几千条线操作。
像棋盘一样讲话代尔夫特理工大学和tno合作的qutech的研究人员已经开发出一种类似的方法来处理量子点。就像棋子的位置可以用字母(a到H)和数字(1到8)的组合来表示一样，它们的量子点可以用水平线和垂直线的组合来表示。
棋盘上的任何点都可以通过字母和数字的特定组合来定义和定位。他们的方法将最先进的技术提升到一个新的水平，并使16个量子点系统能够在4×4阵列中运行。
第一作者Francesco Borsoi解释说:“这种处理量子点的新方法有利于扩展到许多量子位。如果使用单根导线控制和读出单个量子位，那么数百万个量子位将需要数百万条控制线。这种方法的可扩展性不是很好。”
“然而，如果量子比特可以使用我们的棋盘式系统来控制，那么数百万个量子比特可以只使用数千行来处理，这与计算机芯片中的比例非常相似。”这种线路的减少为扩展量子比特的数量提供了前景，并代表了量子计算机的突破，最终将需要数百万个量子比特。”
提高数量和质量量子计算机不仅需要数以百万计的量子比特，而且量子比特的质量也极其重要。最后一位作者和首席研究员Menno Veldhorst说:“就在最近，我们已经证明了这些类型的量子比特可以以99.992%的保真度进行操作。这是所有量子点系统中最高的，意味着每10000次操作的平均误差小于1。通过开发复杂的控制方法和使用锗作为宿主材料，这些进步已经成为可能，锗具有许多有利的量子操作特性。”
早期应用于量子模拟由于量子计算处于发展的早期阶段，因此考虑实现实际量子优势的最快途径是相关的。换句话说:量子计算机什么时候会比传统的超级计算机“更好”?一个明显的优势是可以模拟量子物理，因为量子点的相互作用是基于量子力学原理的。结果表明，量子点系统在量子模拟中可能是非常有效的。
Veldhorst说:“在最近的另一篇文章中，我们展示了一组锗量子点可以用于量子模拟。”这项工作是第一个使用标准半导体制造材料的相干量子模拟。“我们能够对共振价键进行基本的模拟。”虽然这个实验只是基于一个小设备，但在一个大系统上执行这样的模拟可能会解决物理学中长期存在的问题。
Veldhorst总结道:“令人兴奋的是，我们在扩展到更大的系统、提高性能以及在量子计算和模拟方面取得了一些进展。一个悬而未决的问题仍然是，我们可以把这些棋盘电路做多大，如果有限制，我们是否可以用量子链路将它们中的许多互连起来，以构建更大的电路。”
更多信息:Francesco Borsoi等人，16半导体量子点交叉棒阵列的共享控制，Nature Nanotechnology(2023)。DOI: 10.1038 / s41565 - 023 - 01491 - 3
期刊信息:Nature Nanotechnology
