实验为单个芯片上数百万个量子位打开了大门

巴塞尔大学和 NCCR SPIN 的研究人员首次实现了传统硅晶体管中两个空穴自旋量子位之间的可控相互作用。这一突破开启了使用成熟的制造工艺将数百万个量子位集成在单个芯片上的可能性。

建造实用量子计算机的竞赛正在顺利进行。世界各地的研究人员正在研究各种各样的量子比特技术。到目前为止，对于哪种类型的量子位最适合最大限度地发挥量子信息科学的潜力尚未达成共识。

量子位是量子计算机的基础：它们负责数据的处理、传输和存储。为了正确工作，它们必须可靠地存储和快速处理信息。快速信息处理的基础是大量量子位之间稳定且快速的交互，这些量子位的状态可以从外部可靠地控制。

为了使量子计算机实用化，单个芯片上必须容纳数百万个量子位。当今最先进的量子计算机只有几百个量子位，这意味着它们只能执行传统计算机上已经可以(并且通常更有效)的计算。

电子和空穴

为了解决排列和连接数千个量子位的问题，巴塞尔大学和 NCCR SPIN 的研究人员依赖于一种利用电子或空穴自旋(内在角动量)的量子位。空穴本质上是半导体中缺失的电子。

空穴和电子都具有自旋，可以采用两种状态之一：向上或向下，类似于经典位中的 0 和 1。与电子自旋相比，空穴自旋的优点是它可以完全电控，而不需要芯片上的微磁体等额外组件。

早在 2022 年，巴塞尔物理学家就能够证明现有电子设备中的空穴自旋可以被捕获并用作量子位。这些“FinFET”(鳍式场效应晶体管)内置于现代智能手机中，并在广泛的工业流程中生产。现在，由 Andreas Kuhlmann 博士领导的团队首次成功实现了在此设置中两个量子位之间的可控相互作用。

标签：