量子芯片是什么東西

所謂量子芯片就是將量子線路集成在基片上，進而承載量子信息處理的功能。

借鑒于傳統(tǒng)計算機的發(fā)展歷程，量子計算機的研究在克服瓶頸技術(shù)之后，要想實現(xiàn)商品化和產(chǎn)業(yè)升級，需要走集成化的道路。超導(dǎo)系統(tǒng)、半導(dǎo)體量子點系統(tǒng)、微納光子學(xué)系統(tǒng)、甚至是原子和離子系統(tǒng)，都想走芯片化的道路。從發(fā)展看，超導(dǎo)量子芯片系統(tǒng)從技術(shù)上走在了其它物理系統(tǒng)的前面；傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點系統(tǒng)也是人們努力探索的目標，因為畢竟傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展已經(jīng)很成熟，如半導(dǎo)體量子芯片在退相干時間和操控精度上一旦突破容錯量子計算的閾值，有望集成傳統(tǒng)半導(dǎo)體工業(yè)的現(xiàn)有成果，大大節(jié)省開發(fā)成本。

量子芯片的研究

中科院量子信息重點實驗室教授郭國平、肖明與合作者成功實現(xiàn)了半導(dǎo)體量子點體系的兩個電荷量子比特的控制非邏輯門，成果于2015年7月17日發(fā)表在《自然—通訊》上 。中科院量子信息重點實驗室郭國平教授半導(dǎo)體量子芯片研究組及其合作者又破世界紀錄，通過實驗成功實現(xiàn)世界上最快速量子邏輯門操作，取得半導(dǎo)體量子芯片研究的重要突破。

半導(dǎo)體量子點由于其良好的擴展性和集成性是實現(xiàn)固態(tài)量子計算的最有力候選者。由單電子在雙量子點中的左右量子點的占據(jù)態(tài)編碼的電荷量子比特有眾多的優(yōu)越性，成為量子計算研究最熱門的研究方向。首先，電荷量子比特門操作速度可以較大范圍的調(diào)節(jié)，達到GHz的頻率；其次，電荷量子比特的制備、操控和讀取可以用全電學(xué)操控來完成；最后，電子電荷自由度作為量子比特可以與現(xiàn)有信息處理技術(shù)兼容，并且可以利用先進的半導(dǎo)體工藝技術(shù)完成大面積的擴展和集成。

一個單量子比特邏輯門操控和一個兩量子比特受控非門可以組合任意一個普適量子邏輯門操控，而實現(xiàn)普適量子邏輯門操控是實現(xiàn)量子信息處理過程的最關(guān)鍵技術(shù)。國際上主要有美國哈佛大學(xué)、威斯康星大學(xué)等集中在電子電荷量子比特的量子計算研究，我們研究團隊在2013年成功實現(xiàn)了半導(dǎo)體超快普適單比特量子邏輯門（Nat. Commun.，4.1401，2013），經(jīng)過兩年的摸索和積累，研究組在2015年成功實現(xiàn)兩個電荷量子比特的控制非門，其操控最短在200皮秒以內(nèi)完成。相對于國際上電子自旋兩量子比特的最高水平，新的半導(dǎo)體兩量子比特的操控速度提高了數(shù)百倍。單比特和兩比特的量子邏輯門的完成，表明量子計算所需的所有基本量子邏輯門都可以在半導(dǎo)體上通過全電控制方式實現(xiàn)。這種方式具有操控方便、速度超快、可集成化、并兼容傳統(tǒng)半導(dǎo)體電子技術(shù)等重要優(yōu)點，是進一步研制實用化半導(dǎo)體量子計算的堅實基礎(chǔ)。
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