新的強大設備可能會擴大量子技術

新設備可以帶來可擴展的量子比特，因為它是平面的，就像已經(jīng)使用的硅晶片一樣，并且由于鋁和砷化銦的結合所帶來的保護性能而具有強大的功能。多年來，研究人員一直在努力構建一個可以擴大規(guī)模的量子計算機，但量子計算，量子比特的構建模塊仍然不夠強大，無法處理量子計算機的嘈雜環(huán)境。

兩年前開發(fā)的理論提出了一種通過將半導體銦砷與超導體鋁結合到平面器件中來使量子比特更具彈性的方法。現(xiàn)在，這個理論已經(jīng)獲得了一個設備的實驗支持，該設備也可以幫助擴展量子比特。

這種半導體 - 超導體組合創(chuàng)造了一種“拓撲超導”狀態(tài)，可以防止量子比特環(huán)境中的微小變化，這種變化會干擾其量子特性，這是一個被稱為“退相干”的著名問題。

該器件具有潛在的可擴展性，因為它具有平坦的“平面”表面 - 業(yè)界已經(jīng)以硅晶片的形式用于構建傳統(tǒng)微處理器的平臺。

該作品發(fā)表在“自然”雜志上，由哥本哈根大學Niels Bohr研究所的微軟量子實驗室領導，該研究所制造并測量了該設備。普渡大學的微軟量子實驗室利用分子束外延技術發(fā)展了半導體 - 超導體異質結構，并進行了初步表征測量。

來自加利福尼亞州圣巴巴拉的微軟研究實驗室Station Q以及芝加哥大學和以色列魏茲曼科學研究所的理論師也參與了這項研究。

“由于平面半導體器件技術在經(jīng)典硬件方面已經(jīng)取得了如此成功，有幾種擴展量子計算機的方法已經(jīng)建立起來，”普渡大學的Bill和Dee O'Brien物理與天文學教授，教授Michael Manfra說。電氣和計算機工程和材料工程專業(yè)，領導Purdue的Microsoft Station Q網(wǎng)站。

這些實驗提供的證據(jù)表明，鋁和銦砷當結合在一起形成稱為約瑟夫森結的器件時，可以支持Majorana零模式，科學家已經(jīng)預測這種模式具有防止退相干的拓撲保護。

眾所周知，鋁和砷化銦很好地協(xié)同工作，因為它們之間的電流很好。

這是因為與大多數(shù)半導體不同，砷化銦不具有阻止一種材料的電子進入另一種材料的屏障。這樣，鋁的超導性也可以制成砷化銦的頂層，半導體，超導體。

“該設備尚未作為量子比特運行，但本文表明它具有成為可擴展技術的正確成分，”Manfra說，他的實驗室專門為即將推出的量子技術構建平臺并理解其物理特性。

將超導體和半導體的最佳特性結合到平面結構中，該行業(yè)可以很容易地適應，可以使量子技術可擴展。目前，單個晶圓上數(shù)萬億個開關(稱為晶體管)允許經(jīng)典計算機處理信息。

“這項工作是建立可擴展量子技術的令人鼓舞的第一步，”曼弗拉說。