新南威尔士大学精确的原子量子获得了重大里程碑
发布时间：2018-03-08 浏览次数：1061
新南威尔士大学(The University of New South Wales)，澳大利亚一所世界顶尖级研究学府，澳大利亚名校联盟“八大名校”之一。在最新的“QS世界大学排名(2017-2018)”中，新南威尔士大学位居世界第45位。在众多学科中，新南威尔士大学以商科和工科著称。UNSW的矿物工程与采矿工程位居全球第五，会计和金融位居全世界第11位，继续保持全澳第一的好成绩，法律学位居世界第14位，土木和结构工程位居世界第16位。世界第一商学院沃顿商学院院长Geoffrey Garrett即为UNSW商学院前院长。
新南威尔士大学精确的原子量子获得了重大里程碑
澳大利亚独特的从硅中精确定位的单个原子制造量子位的方法正在获得重大的回报，新南威尔士大学悉尼领导的科学家首次表明他们可以使这两个原子量子位彼此“交谈”。
由UNSWScientia领导的团队 -量子计算和通信技术卓越中心主任Michelle Simmons或CQC2T- 是世界上唯一一个能够看到其量子比特精确位置的团队固体状态。
Simmons团队通过精确定位和封装硅芯片中的单个磷原子来创建原子量子比特。信息存储在单个磷电子的量子自旋中。
该团队的最新进展 - 这两个量子比特之间的可控相互作用的首次观察 - 发表在Nature Communications杂志上。它采用这种独特的方法来构建量子计算机，最近又有两项突破。
通过优化他们的纳米制造工艺，Simmons的团队最近还创建了量子电路，其记录的任何半导体器件的电噪声最低。
他们创造了一个电子自旋量子比特，具有纳米电子器件中报道的最长寿命--30秒。
“这三篇研究论文的综合结果证实了使用我们的原子量子比特构建多量子比特系统的巨大前景，”西蒙斯说。
由理查德费曼启发的2018年澳大利亚年度奖
西蒙斯因其量子计算研究的先驱而于1月份被评为2018年澳大利亚年度最佳人选，她表示，她的团队的开创性工作受到后期物理学家理查德费曼的启发。
“费曼说：'我不能创造，我不明白'。我们正在系统地制定这个战略，从原子到原子，“西蒙斯说。
“在将磷原子放入硅中形成量子比特时，我们已经证明我们可以使用扫描探针直接测量原子的波函数，这可以告诉我们它在芯片中的确切物理位置。我们是世界上唯一能够看到我们的量子位的唯一群体。
“我们的竞争优势是我们可以将我们想要的高质量量子比特放入芯片中，看看我们做了什么，然后测量它的表现。我们可以在附近添加另一个量子比特，看看这两个波函数如何相互作用。然后我们可以开始生成我们创建的设备的副本，“她说。
扫描隧道显微镜图像，显示由精确定位在硅中的磷原子制成的量子位的电子波函数。信贷：新南威尔士大学
对于这项新研究，研究小组放置了两个量子位 - 一个由两个磷原子组成，另一个由单个磷原子组成 - 在硅片上相距16纳米。
“使用以类似精密技术在芯片上形成图案的电极，我们能够控制这两个相邻量子位之间的相互作用，因此他们电子的量子自旋变得相关，”研究主要合着者之一Matthew Broome博士说。新南威尔士大学，现在在哥本哈根大学。
“看起来很有趣。当一个电子的自旋向上时，另一个向下，反之亦然。
“这是该技术的一个重要里程碑。这些类型的自旋相关性是量子计算机运行和执行复杂计算所必需的纠缠态的前兆，“他说。
研究主要合着者，新南威尔士大学的萨姆戈尔曼说：“理论已经预测这两个量子将需要放在20纳米的距离才能看到这种相关效应。但是我们发现它的间隔只有16纳米。
“在我们的量子世界里，这是一个非常大的差异，”他说。“作为一名实验主义者，挑战这一理论也是光明的。”
率先在硅片上建造量子计算机
新南威尔士大学的科学家和工程师在CQC2t分别在比赛中硅建造量子计算机引领世界。他们正在开发使用单原子和量子点量子位的并行专利方法。
“我们希望这两种方法都能很好地工作。这对澳大利亚来说是非常棒的，“西蒙斯说。
新南威尔士大学的研究小组选择了从事硅片工作，因为它是最稳定和容易生产量子比特的环境之一，而且它在传统计算机行业的悠久历史意味着对这种材料有广泛的了解。
2012年，西蒙斯的团队使用扫描隧道显微镜将单个磷原子定位在硅中，然后用分子束外延来封装它们，创造了世界上最窄的导线，只有四个磷原子和一个原子高。
在最近发表在纳米快报杂志上的一篇论文中，他们使用了类似的原子尺度控制技术来生产大约2-10纳米宽的电路，并显示它具有任何半导体电路中记录的最低电噪声。这项工作是与印度科学研究所的Saquib Shamim和Arindam Ghosh共同进行的。
Simmons表示：“众所周知，控制量子位的电路产生的电子噪声将成为限制其性能的关键因素。
“我们的研究结果证实，硅是最佳选择，因为它的使用避免了大多数其他器件面临混合使用不同材料（包括电介质和表面金属）的问题，而这些材料可能是电噪声的来源和放大。
“采用我们的精密方法，我们已经实现了我们所认为的硅中电子纳米器件的最低电噪声水平 - 比使用碳纳米管低三个数量级，”她说。
在另一篇最近的科学进展论文中，西蒙斯的团队表明他们在硅中的精确量子比特可以被设计，因此电子自旋具有30秒的记录寿命 - 比先前报道的长达16倍。第一作者Thomas Watson博士在新南威尔士大学攻读博士学位，目前在代尔夫特理工大学工作。
“这是一个热门的研究课题，”西蒙斯说。“电子旋转的寿命 - 在它开始衰减之前，例如从旋转到旋转 - 是至关重要的。寿命越长，我们可以将信息存储在量子状态的时间越长。“
在同一篇论文中，他们表明这些长寿命允许他们按顺序读出两个量子位的电子自旋，每个量子位的精度为99.8％，这是量子处理器中实际纠错所需的电平。
澳大利亚第一家量子计算公司
量子计算机不是一个接一个地进行计算，而是像传统的计算机一样，同时工作并能够同时查看所有可能的结果。这将能够在几分钟内解决问题，否则将需要数千年。
去年，澳大利亚的第一家量子计算公司 - 由一个由政府，行业和大学组成的独特财团支持 - 成立，旨在将CQC2T的全球领先研究商业化。
在新南威尔士大学的新实验室运行以外，Silicon Quantum Computing Pty Ltd的目标是到2022年制造出一个10-bit位芯片演示器件，作为硅基量子计算机的先驱。
澳大利亚政府通过其国家创新和科学议程投资了2,300万美元的风险投资中的2600万美元，另外还有来自新南威尔士州的2500万美元，澳大利亚联邦银行的1400万美元，澳大利亚电信的1000万美元以及新南威尔士州政府的870万美元。
据估计，占澳大利亚当前经济约40％的行业可能受到量子计算的重大影响。可能的应用包括软件设计，机器学习，调度和后勤计划，财务分析，股票市场建模，软件和硬件验证，气候建模，快速药物设计和测试以及疾病早期发现和预防。
以上是关于新南威尔士大学精确的原子量子获得了重大里程碑的相关内容介绍，希望对您有所帮助。如果想要了解澳大利亚新南威尔士大学世界排名，新南威尔士大学商学院申请要求，可以咨询我们。
推荐阅读：
