普林斯顿大学研究人员建立了一种装置,其中单个电子可以将其量子信息传递给光的粒子。然后,光颗粒或光子,然后用作使者将信息携带到其他电子,从而创建形成量子计算机电路的连接。

用于捕获和操纵单电子和光子的完全包装的装置。一系列片上电极(左下角和右上)导致形成一个双量子点,该双量子点限制芯片表面下方的单个电子。光子,其自由地在腔的全7毫米跨度内移动,与双量子点内的电子交换量子信息。(照片:杰森Petta Research Group,普林斯顿大学物理系)

光可用于将充当位的单独电子链接在量子计算机中的单独电子或最小的数据单元。量子计算机是先进的设备,即在实现时,能够使用诸如诸如遵循量子规则而不是日常世界的物理法律的微小粒子来执行高级计算。

简单的量子计算机已经使用捕获的离子和超导体进行,但技术挑战已经减缓了基于硅的量子器件的发展。硅是便宜的,并且已经广泛用于智能手机和计算机。

研究人员在装置中捕获了电子和光子,然后以这样的方式调整电子的能量,使得量子信息可以转移到光子。该耦合使得光子能够将信息从一个量子位传送到位于厘米远的另一个时态。

量子信息非常脆弱,由于环境中最轻微的扰动,可以完全丢失。光子对破坏更加稳健,并且可以潜在地携带量子信息不仅从量子位于量子计算机电路中的量子位,而且可以在量子芯片之间通过电缆之间的量子位。

对于这些不同类型的粒子来互相交谈,研究人员从硅和硅锗层构成了半导体芯片。该结构捕获了芯片表面下方的单层电子。接下来,将每个距离人发的宽度的一小部分放在装置的顶部上。这些纳米尺寸的线允许研究人员递送产生能够捕获单个电子的能量景观的电压,将其限制在称为双量子点的硅的区域中。

使用相同的电线来调节被困电子的能级以匹配光子的光子,其被捕获在硅晶片顶部制造的超导腔中。以前,半导体QUBITS只能耦合到相邻QUBITS。通过使用光来耦合Qubits,可以是可行的,可以在芯片的相对端通过距离之间的信息。

电子的量子信息仅包括在双量子点中的两个能量袋中的一个电子中的电子位置。电子可以占用一个或另一个口袋,或同时占用。通过控制施加到设备的电压,研究人员可以控制电子占据的袋。

新的电路设计将导线更靠近QUB比特,并减少来自电磁辐射源的干扰。为了减少这种噪音,研究人员放入过滤器,该过滤器从导致设备的电线中删除无关信号。金属线也屏蔽了QUBBit,使得贵屏100至1000倍的嘈杂而不是先前实验中使用的额度。

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美国宇航局金宝搏官网科技简报杂志

本文首先出现在2017年3月期刊上美国宇航局金宝搏官网技术简报杂志。

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