澳大利亞量子計算制造商SQC宣布推出世界首個原子級量子集成電路

北京時間6月23日消息（余予）澳大利亞量子計算制造商Silicon Quantum Computing (SQC)今天宣布推出世界上第一個在原子尺度上制造的量子集成電路。

據(jù)SQC透露，該團隊在2012年宣布制造了世界上第一個單原子晶體管，并提出到2023年實現(xiàn)原子級量子集成電路的目標(biāo)，實際上提前兩年達(dá)成了。

SQC團隊使用這種量子處理器準(zhǔn)確地模擬了一個小的有機聚乙炔分子的量子態(tài)——最終證明了該公司量子系統(tǒng)建模技術(shù)的有效性。

SQC創(chuàng)始人Michelle Simmons（圖源：SQC）

“這是一個重大突破，”SQC創(chuàng)始人Michelle Simmons表示，“由于原子之間可能存在大量相互作用，如今的經(jīng)典計算機甚至難以模擬相對較小的分子。SQC原子級電路技術(shù)的開發(fā)將使公司及其客戶能夠為一系列新材料構(gòu)建量子模型，無論是藥物、電池材料還是催化劑。用不了多久，我們就可以開始發(fā)現(xiàn)以前從未存在過的新材料。”

這一結(jié)果也極大地驗證了SQC的原子制造能力。為了構(gòu)建處理器，SQC必須在單個設(shè)備中集成多個原子組件，這是在其位于澳大利亞悉尼的世界級工廠中完成的。

“該設(shè)備的精密度驗證了SQC專注于質(zhì)量而不是數(shù)量的技術(shù)策略。我們創(chuàng)造了一種極其精確的制造技術(shù)，為一個全新的世界打開了大門。這是朝著構(gòu)建商用量子計算機邁出的一大步，”Michelle Simmons表示。

Silicon Quantum Computing主席tephen Menzies對此表示贊同，并指出了公司在實現(xiàn)技術(shù)里程碑方面的悠久歷史。

“借助量子硬件等關(guān)鍵和新興技術(shù)，利益相關(guān)者從技術(shù)團隊實現(xiàn)既定里程碑的能力中獲得了巨大的信心。提前兩年達(dá)到這樣一個里程碑是一種勝利。”

“SQC的工程師現(xiàn)在正在擴展技術(shù)以解決更多與工業(yè)相關(guān)的分子，作為一家企業(yè)，我們期待發(fā)展有針對性的行業(yè)合作伙伴關(guān)系，以滿足他們的模擬需求。”Menzies說。

突破性的量子處理器滿足了擴展量子計算硬件的嚴(yán)格要求。它代表了實現(xiàn)公司交付糾錯處理器目標(biāo)的重要技術(shù)里程碑。

工業(yè)和科學(xué)部長Hon Ed Husic評論這一成果稱，“SQC在量子計算方面的突破是一個重大新聞，也是對當(dāng)?shù)丶夹g(shù)質(zhì)量的一個極好的反映。它為支持我們世界級行業(yè)的新興技術(shù)提供了一條清晰的途徑。”

什么激發(fā)了這項研究和突破性發(fā)現(xiàn)？

這一原子級集成電路的里程碑是Simmons領(lǐng)導(dǎo)的20 年研究的結(jié)晶。它解決了理論物理學(xué)先驅(qū)理查德·費曼（Richard Feynman）教授在他1959年著名的講座《Plenty of Room at the Bottom》中提出的難題。

在講座中，費曼斷言，如果你想了解自然是如何運作的，那么你必須能夠在構(gòu)造物質(zhì)的相同長度尺度上控制物質(zhì)——也就是說，你必須能夠在原子的長度尺度上控制物質(zhì)。在費曼首次提出這一基礎(chǔ)理論63年后，Simmons和她的團隊證明了這一猜想，并使用硅中的原子組件構(gòu)建了一個集成電路。

SQC是如何做到的？

通過以亞納米精度將原子置于硅中，SQC團隊能夠模擬聚乙炔鏈的單碳鍵和雙碳鍵。

首先，從硅晶片開始，他們設(shè)計了磷原子的小點（稱為“量子點”），其尺寸和間距嚴(yán)格一致，以模擬分子中碳原子的鍵和能級。

其次，使用納米級精度，他們還添加了六個控制電極（G1-G6），以單獨調(diào)整每個點的能級，并共同​​調(diào)整所有10個量子點，以完全控制電子在聚乙炔鏈中的位置。通過添加源極 (S) 和漏極 (D) 引線，他們可以測量當(dāng)電子通過10量子點鏈時通過設(shè)備的電流。

除此之外，通過將聚乙炔模型嵌入到原子級設(shè)備中，并測量通過它的電流，他們表明該設(shè)備的表現(xiàn)與預(yù)測的一樣出色的聚乙炔模型——包括觀察同時存在于兩個地方的電子。

據(jù)SQC稱，其在原子級精密制造和控制方面的領(lǐng)先地位使其能夠在其位于悉尼新南威爾士大學(xué)的內(nèi)部制造設(shè)施中構(gòu)建模擬量子處理器。SQC團隊目前專注于擴大其在澳大利亞的硬件設(shè)備制造，以承擔(dān)傳統(tǒng)計算機無法執(zhí)行的繁重計算任務(wù)。

同時，這一重大成就進(jìn)一步反映了SQC在實現(xiàn)里程碑方面的長期、持續(xù)記錄。在任何不具備這種精度的系統(tǒng)中都無法實現(xiàn)結(jié)果，并證明SQC的量子硬件可以很好地擴展。SQC現(xiàn)在正在研究更大的設(shè)備，并對更復(fù)雜的工業(yè)相關(guān)分子進(jìn)行建模。

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