美國麻省理工學院和MITRE公司展示了一個可擴展的模組化硬體平臺,該平臺將數千個互連的量子比特整合到定制的電路上。這種量子片上系統(QSoC)架構能精確調諧和控制密集的量子比特陣列。多個晶片可通過光網路連接起來,從而創建一個大規模的量子通信網路。研究論文發表在近期的《自然》雜誌上。
由金剛石色心製成的量子比特,是攜帶量子資訊的“人造原子”。通過在11個頻率通道上調整量子比特,該QSoC架構允許為大規模量子計算提出一種新的“糾纏復用”協議。
為了構建QSoC,團隊開發了一種製造工藝,將金剛石色心“微晶片”大規模轉移到CMOS(互補金屬氧化物半導體)背板上。他們首先用一塊實心金剛石製作出金剛石色心微晶片陣列,還設計並製作了奈米級光學天線,以更有效地收集這些色心量子比特在自由空間中發射的光子。然後,他們在半導體代工廠設計並規劃出晶片,並在潔凈室中對CMOS晶片進行後處理,添加與金剛石微晶片陣列相匹配的微尺度插槽。
團隊在實驗室建立了一個內部傳輸裝置,並應用鎖定和釋放流程將兩層整合在一起,方法是將金剛石微晶片鎖定在CMOS晶片的插槽中。由於金剛石微晶片與金剛石表面的結合力較弱,當他們水準釋放大塊金剛石時,微晶片會留在插槽中。
團隊展示了一個500微米×500微米的區域轉移,該轉移區域包含1024個金剛石奈米天線陣列,但他們可使用更大的金剛石陣列和更大的CMOS晶片來進一步擴大系統規模。事實上,隨著量子比特的增多,這種架構下調整頻率所需的實際電壓更小。
(責任編輯:畢安吉)