北京時(shí)間2月21日消息（余予）當(dāng)涉及到開發(fā)量子計(jì)算機(jī)和利用量子信息時(shí)，科學(xué)家們需要對(duì)構(gòu)成超導(dǎo)量子位的材料有一個(gè)全面的了解，量子位是保存信息的量子計(jì)算機(jī)的核心組件。美國(guó)能源部費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory）的科學(xué)家們，以及Rigetti Computing和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）等合作伙伴，已經(jīng)使用一種新技術(shù)來(lái)識(shí)別物理量子位中可能限制量子信息壽命的雜質(zhì)。
量子退相干是一種現(xiàn)象，其中源自各種因素的噪聲會(huì)限制量子信息可以存儲(chǔ)的壽命。這種現(xiàn)象對(duì)依賴量子信息進(jìn)行計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)的性能產(chǎn)生了不利影響。當(dāng)科學(xué)家們成功地構(gòu)建出受量子退相干影響較小的量子位時(shí)，量子計(jì)算機(jī)的力量將被釋放，科學(xué)家們將擁有一種新的工具來(lái)執(zhí)行經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以或不可能解決的計(jì)算。
量子計(jì)算機(jī)旨在解決需要大量?jī)?nèi)存的問(wèn)題，通過(guò)使用一種叫做疊加的量子力學(xué)特性，這些計(jì)算機(jī)將能夠分析如交通模式、天氣預(yù)報(bào)、金融建模等等包含大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
Daniel Bafia檢查位于費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的TOF-SIMS設(shè)備。
該設(shè)備的使用使SQMS 研究人員能夠研究超導(dǎo)量子比特中百萬(wàn)分之幾的雜質(zhì)。（圖源：SQMS 中心）
“在超導(dǎo)量子位中，我們一直想知道哪些潛在的材料特性會(huì)影響量子計(jì)算機(jī)的性能，”Rigetti Computing量子材料主管Josh Mutus 表示，“現(xiàn)在，SQMS的研究人員已經(jīng)能夠使用高精度分析設(shè)備檢測(cè)Rigetti設(shè)備，以發(fā)現(xiàn)我們以前從未探索過(guò)的潛在缺陷系統(tǒng)。”
在包含超導(dǎo)量子位的材料中發(fā)現(xiàn)的雜質(zhì)可歸因于導(dǎo)致量子退相干，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的超導(dǎo)量子材料和系統(tǒng)中心的科學(xué)家在《應(yīng)用物理快報(bào)》雜志上發(fā)表的一篇論文中強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。
通過(guò)TOF-SIMS分析提供的超導(dǎo)量子位樣品中碳?xì)浠衔镫s質(zhì)分布的3D表示。（圖源：SQMS 中心）
通過(guò)在原子水平上對(duì)量子比特進(jìn)行三維分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了包括氧、氫、碳、氯、氟、鈉、鎂和鈣等元素在內(nèi)的雜質(zhì)，。
為了發(fā)現(xiàn)這些雜質(zhì)，科學(xué)家們使用一種稱為TOF-SIMS或飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀的設(shè)備，在一個(gè)量子位上快速發(fā)射離子，并對(duì)其進(jìn)行切割。從量子位表面脫落的離子在儀器的傳感器中進(jìn)行分析，其中的組成元素可以以百萬(wàn)分之幾的精度被識(shí)別出來(lái)。
“作為該中心的一部分，我們最初的目標(biāo)是準(zhǔn)確識(shí)別量子位樣本中的雜質(zhì)和缺陷。一旦我們獲得了這些信息，我們就可以建立戰(zhàn)略來(lái)去除這些雜質(zhì)并提高性能，”本出版物的主要作者、SQMS中心的研究助理Akshay Murthy表示，“這是我們進(jìn)入下一步需要的信息。”
TOF-SIMS儀器最初是為費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)射頻研究計(jì)劃購(gòu)買的，用于識(shí)別加速器腔中用于推動(dòng)粒子加速器中的粒子的雜質(zhì)?，F(xiàn)在，TOF-SIMS設(shè)備首次被用于分析量子位。構(gòu)成加速器腔的材料中的雜質(zhì)也會(huì)影響性能，這使得該儀器適用于SQMS的科學(xué)家，他們也可以識(shí)別材料中的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)損害或幫助其他超導(dǎo)技術(shù)。
“執(zhí)行這種表征所需的工具不僅專業(yè)且昂貴，而且還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家來(lái)獲取和分析數(shù)據(jù)。”NIST量子比特制造專家Anthony McFadden 表示，“在SQMS內(nèi)部的合作利用了費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和全國(guó)各地機(jī)構(gòu)的專業(yè)設(shè)備和專業(yè)知識(shí)。”
TOF-SIMS從頂層識(shí)別原子，通過(guò)量子位向下蝕刻，生成構(gòu)成量子位的元素和化合物的3D輪廓，并識(shí)別存在的雜質(zhì)的類型和位置。
McFadden表示，“這項(xiàng)工作揭示了一些經(jīng)常被忽視的退相干源，這些退相干源通常在設(shè)備處理過(guò)程中形成。”
量子位可以通過(guò)在硅上沉積一層超導(dǎo)鈮來(lái)制造?？茖W(xué)家們將鈮蒸發(fā)成氣體，就像冬天水蒸氣在冷金屬上形成冰一樣，鈮凝固后在硅頂部形成一層薄膜。
Murthy稱，用于整合鈮的原始腔室，或鈮原子在薄膜上的結(jié)構(gòu)，可能會(huì)對(duì)量子位上的雜質(zhì)產(chǎn)生影響。TOF-SIMS的分析可以從材料和方法的角度細(xì)化創(chuàng)建量子比特的過(guò)程。
- 蜜度索驥：以跨模態(tài)檢索技術(shù)助力“企宣”向上生長(zhǎng)
- 2024年運(yùn)營(yíng)商集采盤點(diǎn)：夯實(shí)5G基礎(chǔ)建設(shè)，全力推進(jìn)智能化進(jìn)程
- 構(gòu)建四大能力優(yōu)勢(shì)：中國(guó)聯(lián)通5G專網(wǎng)產(chǎn)品體系4.0正式發(fā)布
- 我國(guó)5G用戶數(shù)突破10億大關(guān)
- Avanci：搭建智能網(wǎng)聯(lián)汽車專利橋梁 推動(dòng)許可流程便捷高效
- 江蘇聯(lián)通普纜集采：3家中標(biāo)，G.652D光纖最低17.7元/芯公里
- 將“耐用”刻進(jìn)骨子里！OPPO A5 Pro發(fā)布，1999起售
- Counterpoint：59%的受訪者計(jì)劃在一年內(nèi)升級(jí)到Gen AI智能手機(jī)
- 最高獎(jiǎng)項(xiàng)！中國(guó)移動(dòng)，憑啥？
- 將“耐用”刻進(jìn)骨子里！OPPO A5 Pro發(fā)布，1999起售
- 構(gòu)建強(qiáng)大的室內(nèi)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施
免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來(lái)自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁(yè)或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說(shuō)明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。
