打破尺寸记录！荷兰QuTech研发16量子点阵列新技术

承载16个量子点交叉条阵列的量子芯片，可无缝集成到棋盘图案（图片来源：网络）

由荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)和荷兰应用科学研究组织(TNO)组建的荷兰量子计算研究中心QuTech的研究人员开发了一种用相对较少的控制线来控制大量量子点的新方法。对于发展用于量子计算和其他量子技术的可扩展量子系统而言，该技术是重要的一步。量子点是一种纳米级原子的集合，可以以量子比特形式存储量子信息，是构成量子计算机的基础。目前，每个量子比特都需要自己的控制线或静电门来操纵它的量子态。由于一个功能齐全的量子计算机需要数百万个量子比特才能工作，这就意味着它需要数百万条控制线。然而实现这一点并不现实，这成为扩大量子技术规模的挑战之一。

由Menno Veldhorst领导的QuTech研究团队采用了一种“共享控制”方法，其灵感来自于经典的随机访问计算架构，其中数百万个晶体管只需几千条控制线即可运行。因此他们制造了一个量子芯片，在一个4×4棋盘状阵列中布置了一个包含16个量子点的系统。QuTech 博士后研究员、《自然纳米技术》上该研究的第一作者Francesco Borsoi解释道：“阵列的量子点通过几个共享控制电压进行集体处理，从而控制每个位点中不成对的（空穴）自旋。”

类似于传统计算机芯片

Borsoi继续说道：“通过这种方式，控制线与量子点数量的缩放是亚线性的，遵循指数为0.5的‘Rent 规则’“，他引用了20世纪60年代IBM 科学家EF Rent观察到的经典幂律模式。“换句话来说，通过进一步扩展这个概念，我们可以想象只用大约一千条控制线来控制一百万个量子比特。”

Borsoi表示，尽管在达到这个数字之前还需要做更多的工作，但这个数字类似于传统计算机芯片的比率。

“我们架构的优势具备可扩展性，这是由Rent规则定义的，在经典技术中也被证明是可扩展的。”他向《物理世界》杂志说道，“因此，这种类型的交叉阵列可以用作更大结构的单元，并连接起来形成一个量子计算存储器网络。”

现在，研究人员计划重点研究以更可靠的方式去调整大规模的量子点阵列的方法。这可能涉及机器学习方法，这些方法可以实现量子点的可扩展性、自主调整及相互作用。Borsoi 表示：“我们还计划研究如何在此类阵列中执行选择性量子操作，同时最大限度地减少信号串扰，并开发均匀的材料平台，以应对上述所有挑战。”

编译：琳梦

编辑：慕一

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