物理学家表明精密atom Qubits可以互相“谈话”

扫描隧穿显微镜图像，示出了由精确定位在硅的磷原子制成的Qubit的电子波函数。

在硅中从精确定位的纯粹杀菌原子创造量子位的独特澳大利亚澳大利亚的方法正在获得主要的奖励，UNSW悉尼LED科学家们首次表现出来，他们可以使这些atom Qubits彼此“谈话”。

该团队 - 由UNSW CONTCHIA LED LED MICHELLE SIMMONS，卓越卓越卓越中心的卓越奖和CQC2T - 是世界上唯一能够在固态中看到其QUBITS的确切位置的群体。

Simmons的团队通过精确定位和封装硅芯片内的磷酸磷原子来创建原子Qubits。信息存储在单个磷电子的量子旋转上。

UNSW Sydney-LED科学家首次出现了它们可以使两个精确放置的磷原子Qubits“谈论”彼此。

该团队的最新进步 - 首次观察其中两个Qubits之间的可控互动 - 发表在“自然通信”期刊上发表。它遵循了另外两种最近的突破，使用这种独特的方法来构建量子计算机。

通过优化纳米制造工艺，Simmons的团队最近也创造了任何半导体器件的最低记录电噪声的量子电路。

他们创造了一种电子纺场Qubit，纳米电气设备中有史以来最长的寿命 - 30秒。

“这三篇研究论文的合并结果证实了利用我们的原子QUBITS构建多QUBit系统的极其有希望的前景，”Simmons说。

2018年澳大利亚人的灵感来自Richard Feynman

在1月份为2018年的澳大利亚人被任命为2017年的澳大利亚，为她开创了Quantum Computing Research，他表示，她的团队的突破性作品受到LateSicist Richard Feynman的启发。

“Feynman说：“我无法创造的，我不明白'。我们正在系统地颁布这一战略，从地上atom by atom，“Simmons说。

“在将我们的磷原子放入硅中以制造QUBBit，我们已经证明我们可以使用扫描探头直接测量原子的波浪功能，这告诉我们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Qubits所在的群体。“

“我们的竞争优势是我们可以将我们的高质量Qubit在芯片中提出，看看我们所做的内容，然后测量它的行为方式。我们可以在附近添加另一个Qubit，并了解两个波函数的交互方式。然后我们可以开始生成我们创建的设备的副本，“她说。

对于新的研究，团队将两种夸张 - 一个由两个磷原子制成的Qubits，一个含量由单个磷原子 - 16纳米在硅芯片中进行。

“使用具有类似的精密技术的芯片上图案化的电极，我们能够控制这两个相邻Qubits之间的相互作用，因此它们的电子的Quantum旋转变为相关性，”研究领导共同作者，Matthew Broome博士说，他们以前在UNSW中，现在在哥本哈根大学。

“看起来很迷人。当一个电子旋转指向时，另一个点向下，反之亦然。

“这是该技术的主要里程碑。他说，这些类型的旋转相关性是Quantum Computer运作和进行复杂计算所必需的缠结状态的前兆，“他说。

具有独立顺−序读数的两个Qubit 2P1P设备。精度的STM显微照片放置了两个旋转Qubit捐赠器件，示出了较轻的彩色光刻轮廓，其中已去除氢掩模。两个旋转QUBITS L和R，通过161nm分±离，并在191nm处远离等距±，远离较大的读出结构，其用作电子储层和单电子晶体管（设定）电荷传感器，其具有源极和排水管（ d）水库和盖茨{GL，GM，GR，GS};秤杆是20nm。插入显示L和R的特写STM显微照片，其中绿色（蓝色）圆圈显示完全（半）解吸的硅二聚体。白线表示硅二聚体行，秤条是2nm.bcurrent通过设定的电荷传感器，作为（1,1） - （2,0）电荷转换的V腺VGR的函数。电子旋转读数在设置断裂（实心白线，其中QUBit电子的隧道隧道或从设定的隧道发生）分别用于L和R和R的红色和蓝色圆圈。旋转弛豫测量的近似等待位置由绿色方形表示（1,1） - （2,0），εε之间的静脉静脉轴由白色箭头表示。虚线表示电子在qubit站点之间可以隧道的地方，即在磁场中的磁场中的磁场中的相关电化学电位，用于旋转读数的L（红色箭头）和r（蓝色箭头）.da的可控交换交互的示意图表示在2P1P捐赠者旋转量−子位系统中。为了静置ε"0ε"0，电子处于（1,1）充电配置，旋转是独立的。对于εε> 0，接地状态（2,0）电荷配置是双电子单态状态。当R（l）上的电子时，通过旋转弛豫证明的L（R）的依赖性自旋读数，当R（L）上的电子设置为⟩ 。↓↓在每种情况下，最初准备为旋转的QUB表明，没有衰减行为，表明读出在这种静止位置是独立的，即读出位置可以忽略不计。用BZ = 2.5T进行所有测量。 M. A. Broome，等，自然通信，DOI：10.1038 / S41467-018-02982-x

学习领导联合作用者，联合国联合国联合国联合国联合国山姆山古兰斯：“理论已经预测了两种Qubits需要将20纳米分开放置，以查看这种相关效果。但我们发现它仅在16纳米分开时发生。

“在我们的量子世界中，这是一个非常重要的区别，”他说。“作为一个实验主义者，它也是辉煌的，挑战理论。”

领导比赛在硅中建立一台量子电脑

CQC2T的UNSW科学家和工程师在比赛中引领世界在硅中建立量子电脑。它们正在使用单个原子和量子点Qubits开发平行的专利方法。

“我们的希望是两种方法都会很好。这对澳大利亚来说是很棒的，“西蒙斯说。

UNSW团队选择在硅中工作，因为它是主持额度的最稳定且易于制造的环境之一，而传统计算机行业的使用悠久的使用历史意味着有一个关于这种材料的广泛知识。

2012年，使用扫描隧道显微镜将硅质磷原子定位在硅中的Simmons的团队，然后将分子束外延定位，以封装它们，从而创造了世界上最窄的导线，仅仅四个磷原子和一个原子高。

在最近在纳米字母发布的一篇文章中，它们使用了类似的原子尺度控制技术来产生约2-10纳米宽的电路，并显示出具有任何半导体电路的最低记录电噪声的电路。这项工作是与Saquib Shamim和Arindam Ghosh的印度理学院的Arindam Ghosh一起开展。

“广泛接受了控制QUBITS的电路的电噪声是限制其性能的关键因素，”Simmons说。

“我们的结果证实，硅是最佳选择，因为它使用避免了大多数其他器件面对不同材料的诸如不同材料，包括电介质和表面金属，这可以是可以是和放大电噪声的源极和放大。

隧道耦合的实验估计。从测量ρ↑↓的概率P↑↓（a）和理论上的预测（b）开始，作为脉冲等待时间和静止位置的函数。对于模型，我们使用了TC = 200MHz.Csolid绿色和蓝色曲线的值，显示了等待时间为0.3和1ms的理论预测（INA所示的相应切割）。蓝色和绿色十字架显示这些等待时间的测量。虚线和虚线分别显示了TC = 500和50MHz的隧道耦合值的理论预测。A. Broome，等人，Nature Communications，DOI：10.1038 / S41467-018-02982-x

“利用我们的精确方法，我们已经实现了我们认为硅中的电子纳米装置的最低电噪声水平 - 三个数量级低于甚至使用碳纳米管，”她说。

在最近的科学进步的另一个论文中，Simmons的团队在硅中展示了它们的精确夸张，因此电子旋转的寿命为30秒 - 高达前面报道的16倍。第一个作者托马斯·沃森博士，在联合国联合国联合国博士学位，现在就在代表代表德尔特洛伊特大学。

“这是一个研究的热门话题，”西蒙斯说。“电子旋转的寿命 - 例如，在开始衰减之前，例如，从旋转旋转下来 - 是至关重要的。寿命越长，我们可以将信息存储在其量子状态越长。“

在同一纸张中，他们表明，这些长寿使它们依次读出两种Qubits的电子旋转，每种精度为99.8％，这是量子处理器中实际误差校正所需的水平。

澳大利亚的第一个量子计算公司

与传统的计算机一样，Quantum计算机将并行工作并且能够同时查看所有可能结果的Quantum计算机而不是执行计算。它可以在几分钟内解决问题，否则会花数千年。

去年，澳大利亚的第一批Quantum Computing Company - 由一个独特的政府，工业和大学联盟支持 - 成立于商业化CQC2T的世界领先的研究。

硅量子计算PTY LTD在UNSW的新实验室中经营的目标是在2022中在硅中生产10个Qubit示范装置，作为硅基量子计算机的先驱。

澳大利亚政府通过其全国创新和科学议程投资了8300万美元的投资时间，额外的2500万美元来自UNSW，从澳大利亚英联邦银行1400万美元，从Telstra获得1000万美元，并从新南威尔士州政府获得870万美元。

据估计，澳大利亚目前经济的约40％的行业可能会受到量子计算的显着影响。可能的应用包括软件设计，机器学习，调度和后勤规划，财务分析，股票市场建模，软件和硬件验证，气候建模，药物设计快速设计和测试，以及早期疾病检测和预防。

出版物：M. A. Broome等，“精密的双电子旋转相关性放置硅，”自然通信，第9卷，第9卷：980（2018）DOI：10.1038 / s41467-018-02982-x