量子比特的尺寸比较 图中显示了自旋量子比特和超导量子比特的尺寸差异。
资料来源：哥本哈根大学
哥本哈根大学的量子物理学家报告了丹麦在量子技术领域的一项国际成就。通过在同一个量子芯片上同时操作多个自旋量子比特，他们克服了通往未来量子计算机道路上的一个关键障碍。这一结果预示着将半导体材料作为固态量子计算机的平台。
在迈向大型功能性量子计算机的全球马拉松中，一个令人头痛的工程问题是同时控制许多基本的存储设备--量子比特。这是因为一个量子比特的控制通常会受到同时应用于另一个量子比特的控制脉冲的消极影响。现在，哥本哈根大学尼尔斯-玻尔（Niels Bohr）研究所的一对年轻的量子物理学家--29岁的博士生，现在是博士后，费德里科-费德勒（Federico Fedele）和32岁的阿纳苏阿-查特吉（Anasua Chatterjee）助理教授，在费迪南德-库姆梅斯（Ferdinand Kuemmeth）副教授的小组工作，已经设法克服了这个障碍。
全球的量子比特研究以各种技术为基础。虽然谷歌和IBM在基于超导体技术的量子处理器方面走得很远，但哥本哈根大学研究小组将赌注押在半导体量子比特上--被称为自旋量子比特。
费德里科-费德勒解释说：“广义上讲，它们由被困在被称为量子点的半导体纳米结构中的电子自旋组成，这样单个自旋状态可以被控制并相互纠缠。”
自旋量子比特的优点是可以长时间保持其量子状态。这有可能使它们比其他平台类型的计算速度更快、更无缺陷。而且，它们是如此的微小，以至于比起其他的量子比特方法，它们可以被挤到一个芯片上。量子比特越多，计算机的处理能力就越强。哥本哈根大学团队通过在单个芯片上以2×2阵列的方式制造和操作四个量子比特，扩展了技术水平。
到目前为止，量子技术的最大焦点是生产出越来越好的量子比特。阿纳苏阿-查特吉（Anasua Chatterjee）解释说，现在的问题是让它们相互交流。
“现在我们已经有了一些相当好的量子比特，将它们连接到可以操作众多量子比特的电路中，同时也要足够复杂，能够纠正量子计算错误。到目前为止，自旋量子比特的研究已经达到了电路包含2×2或3×3量子比特阵列的程度。问题是，他们的量子比特一次只能处理一个。”
Federico Fedele, Anasua Chatterjee, and Ferdinand Kuemmeth
正是在这里，年轻的量子物理学家的量子电路，由半导体物质砷化镓制成，大小不超过一个细菌，造成了一切不同:
“我们的芯片新的和真正有意义的事情是，我们可以同时操作和测量所有的量子比特。查特吉说，他是这项研究的两位主要作者之一，这项研究最近发表在《物理评论X量子》 （Physical Review X Quantum）期刊上，这一点以前从未在自旋量子比特中得到证实--也没有在许多其他类型的量子比特中得到证实。
能够同时操作和测量是进行量子计算的关键。事实上，如果必须在计算结束时测量量子比特--即停止系统以获得一个结果--脆弱的量子态就会坍缩。因此，测量是同步的，以便所有量子比特的量子态同时被关闭，这是至关重要的。如果量子比特被一个一个地测量，最轻微的环境噪声都会改变系统中的量子信息。
新电路的实现是通往半导体量子计算机漫长道路上的一个里程碑。
指导这项研究的库姆梅斯教授说：“为了获得更强大的量子处理器，我们不仅要增加量子比特的数量，而且要增加同时操作的数量，这正是我们所做的。”
目前，主要的挑战之一是，芯片的48个控制电极需要手动调谐，并在环境漂移的情况下持续保持调谐，这对人类来说是一项繁琐的任务。这就是为什么他的研究团队现在正在研究如何利用优化算法和机器学习来实现自动调谐。为了能够制造出更大的量子比特阵列，研究人员已经开始与工业伙伴合作，制造下一代量子芯片。总的来说，计算机科学、微电子工程和量子物理学的协同努力可能会使自旋量子比特进入下一个里程碑。
https://scitechdaily.com/innovative-chip-resolves-quantum-headache-paves-road-to-supercomputer-of-the-future/
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