量子计算工作开始构建一个生态系统。
量子计算显示出重大的承诺,和研究开始从最初阶段转移到更深入的了解作品最好的商业和为什么。
在纸上,量子计算算法可能是革命性的。他们提出一种方法来解决一些问题比传统电脑更快,更准确。但是在现实世界的实际系统中,创建和维护一个量子态的叠加是一个常数斗争熵,我们的宏观世界的不确定性需要限制自己主张。
面临的最大挑战之一量子计算机纠错,保护计算从退化由于噪音。最有前途的方法量子纠错需要数据的多个副本,成百上千的身体每个逻辑量子位的量子比特。即使原油量子计算机也可能需要数以百万计的物理量子位。
半导体制造业也许是唯一的成熟的技术,可以产生数以百万计的几乎相同的纳米结构。所以即使电子spin-based硅量子比特是相对的新人——他们第一次展示在2012 -硅量子计算技术出现在列表的候选人。这是真的,尽管研究超导约瑟夫森结,钻石空缺和其他方法。
硅的崛起尤为明显在最近的IEEE会议电子设备,在拉维•Pillarisetty高级设备工程师在英特尔的组件研究集团,做了一个有力的理由硅量子比特的优越的可伸缩性。
Isotopically纯硅,300毫米测试英特尔晶片
硅基量子比特与单电子晶体管。个人电子是被困在一个量子点,在那里可以被迫积极或消极的自旋状态。坚持在这个状态,因此量子位的相干时间,与外部世界的相互作用是有限的。大约92.2%的天然硅原子的相对原子质量28日和14个质子,中子14,没有核自旋。然而,大约4.7%的天然硅原子质量29和带有+ 1/2核自旋。
运营商和核自旋之间的相互作用可以在传统晶体管降低流动性。isotopically纯粹的使用28如果之前已经提出,但高昂的成本和有限的材料阻止了商业应用的可用性。在量子系统中,然而,与核自旋的相互作用可以打破量子位之间的叠加。
考虑到已经令人生畏的量子计算所需的精度,存在“重”硅太大一个潜在的误差源。可伸缩性,Pillarisetty说,硅量子比特需要用28如果,他们需要300毫米晶圆与factory-grade设备制作的。
随着极端的紫外线光刻技术的历史显示,英特尔的行业主导地位使它重要的利用与供应商。看到丰富的要求28Pillarisetty说,如果“英特尔与Urenco和液化空气集团合作,创造一个生态系统为我们提供isotopically纯化前体300毫米外延生长模块支持高容量生产规模。”
解决与限制,英特尔能够确认isotopically纯硅的行为作为一个替代公司的标准CMOS工艺。沉积、刻蚀、掺杂剂活化等,所有的行为符合预期时,产生互补金属氧化物半导体晶体管与可衡量的流动性优势相对于自然的硅。
该公司还生产300毫米刻度量子位试验车辆,有超过10000个测试设备/晶片。大多数量子计算的研究项目是制造只有少数量子位。测试晶圆片与10000年设备带来足够的数据来得出真实的性能统计和评估过程和设计改进策略。
这个流程的第一步涉及传统晶体管过程模块像浅槽隔离和闸极介电层的形成,和结果的测试结构好。完整的量子位结构需要额外的流程集成射频传输线和设计步骤,将两个人电子自旋和操作。
需要测试量子设备在温度低于2开氏度是一个主要的障碍来验证这些流程步骤。测试一个传统的晶片在环境温度下大约需要一个小时。低温测试的量子设备可能需要多达12小时/设备,Pillarisetty说。更快、更高度自动化测试设备是一个关键的下一步发展的量子计算生态系统。
量子比特和纳米线
还在IEDM, Leti莫德Vinet讨论制造的电子和空穴量子位SOI nanowire-like流程流。盖茨Leti提出的设计位置控制和传感元素之上以下量子位数组。这个垂直叠加最小化数组足迹。
不用说,一个简单的纠错策略会对解决量子计算的可伸缩性问题。
马约喇纳量子位元可能是解决方案的一部分。这时,马约喇纳量子位大多是理论构建。试图证明他们的存在在实验室产生了模棱两可的结果。在理论上,马约喇纳量子位都是成对的。例如,利奥Kouwenhoven,微软量子实验室代尔夫特描述一个半导体在纳米线,部分由超导体。
在一个适当的电子密度和磁场,马约喇纳波函数可以出现在两端的线。两人将函数作为一个费米子的两半,将免于退相干和纳米线的结构。
结论
在1950年代末,第一个集成电路设计只是开始出现。目前还不清楚硅或锗是一个更好的设备材料。电气隔离和连通性等主要问题尚未解决。第一个单片机微处理器还需要10年时间。
今天的量子计算机在哪里。可制造的量子位集成计划刚刚开始出现。初步结果是有前途的,可能是明确的,但我们现在还不知道未来会发生什么。
更新
2021年3月,微软团队量子实验室代尔夫特发表了重大的重新评估以前的工作在马约喇纳费米子,包括收缩的论文本文中讨论。
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我肯定熟悉递波的工作,并采访了埃里克Ladizinsky早在2014年。
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不过,这篇文章是关于工作在最近IEDM。
哇!什么样的硅是这样的:
“大约92.2%的天然硅原子的相对原子质量28日和14个质子,中子14。”