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MIT開發128Qubits整合人造原子光子晶片、一種擴張量子運算新方法

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2020年7月14日

圖、MIT開發128Qubits整合人造原子光子晶片、一種擴張量子運算新方法
 
麻省理工學院(MIT)的研究人員已經開發出一種製造與整合光子電路的“人造原子(Artificial Atoms)”製程,進而可以生產出同類最大的量子晶片。這項成就標誌著可擴張量子處理器性能領域的轉捩點。

基本上,建造量子電腦需要數百萬顆量子處理器,以目前方式的確難以達成。未來透過這項新研究,將可根據需求擴張到所需的量子處理運算能力,這也為未來量子運算帶來可行的方法。

傳統電腦是使用0和1的位元方式來處理和儲存資訊,然而量子電腦則是使用量子位元來運行。這使得量子電腦可以同時執行多個運算,從而解決傳統電腦難以解決的問題。

新開發晶片的量子位元是由鑽石空缺(Diamond Defect)製成的人造原子,可以用可見光和微波來驅使其發出攜帶量子資訊的光子。MIT研究人員決定採用模組化和混合方法,而不是嘗試完全用鑽石建構大型量子晶片。主要原因在於他們期望將這些小晶片逐個整合到另一個晶片中,從而將這些小晶片連接到更大的裝置中。因而,將精心挑選的包含多個基於鑽石的量子位元之量子微晶片放置在氮化鋁光子的積體電路之上。

其實,在過去的20年的量子工程中,製造與整合電子產品相當的人造量子位元系統一直是最終的願景。即使在這之前已經取得了顯著的進展,但迄今為止,製造和材料複雜性使得每個光子系統僅僅能夠產生兩到三個發射器。透過這種混合方式,其能夠建構一個128量子位元(Qubits)的系統,這是截至目前為止最大的整合人工原子光子晶片。

從技術角度切入,這一結果是令人非常振奮的研究。因為能夠在光子平台上獲得穩定的發射器,同時保持非常好的量子記憶是非常重要的一步。

此外,這種晶片設計中的量子位元不必一定是要採用特定的鑽石色中心。亦可以選擇其他類型的鑽石色中心、其他半導體晶體(如:碳化矽)中的原子空缺、某些半導體量子點、或者晶體中的稀土離子等。

接下來的下一步就是找到一種方法進行自動化製程。唯有透過這樣做,才能夠生產出更大的晶片,這對於模組化量子電腦和長距離傳輸量子位元的多通道量子中繼器是不可或缺的。(724字)


參考資料:
MIT's New Diamond-Based Quantum Chip Is the Largest Yet. Interesting Engineering, 2020/7/10
Scaling up the quantum chip. MIT News, 2020/7/8 


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