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硅芯片上的量子计算机百万量子比特成为可能

在这幅艺术家的作品中,两个电子空穴的自旋相互作用。(图片:NCCR SPIN)
在这幅艺术家的作品中,两个电子空穴的自旋相互作用。(图片:NCCR SPIN)
半导体晶体管中的两个带正电荷的空穴首次像量子比特一样起作用,即它们也相互作用。这将从根本上简化量子计算机的构造,提高其实际可用性。
Science

不仅电子,空穴或缺陷电子也有自旋。自 2022 年以来,人们就知道这可以以与量子位相同的方式使用。

然而,一个量子位并不能构成一台量子计算机。由于单个量子比特之间的量子纠缠,目前需要几百个量子比特才能确保此类系统具有惊人的高计算能力。

因此,值得注意的是巴塞尔大学的报告,在这份报告中,两个这样的洞,或者说它们的自旋,不仅表现得像经典比特,而且还相互作用。这将是迈向量子计算机的一步。

由于这一过程可以通过场效应晶体管产生,因此可以使用广泛使用的晶体管生产工艺来制造这些元件。这种金属氧化物半导体场效应晶体管,特别是被称为 FinFET 的晶体管,可以在智能手机等产品中找到。这使得低纳米范围内的构造成为可能。

有了现在制造出的 "量子门",它所包含的两个量子比特就可以被精确控制。缺陷电子的自旋可以被特别反转,同时也受到第二个空穴自旋的影响。因此,与经典晶体管相媲美的反应似乎是可行的。

此外,根据这项研究,响应时间在几纳秒的范围内。因此,时钟频率可能超过 500 兆赫。误差率也应该是最小的。

这不仅会使生产过程不成问题。量子比特的行为也将快速可靠。听起来太好了,但在拥有一百万量子比特的瑞士量子计算机真正面世之前,我们还需要耐心等待。等着看它最终会不会吐出 "42 "作为一切问题的答案吧。

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Mario Petzold, 2024-05-23 (Update: 2024-05-23)