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Mehr als ein Wort von Quantenpunkten zu Quantenringen
Jan 25, 2018

Die Quantenberechnung ist heute eines der heißesten Forschungsprojekte. Als Träger von Informationen ist die Implementierung von Qubits eine Schlüsseltechnologie in der Quantencomputerforschung.

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Vor kurzem hat die kooperative R & amp; D-Team von der chinesischen Akademie der Wissenschaften Institut für Mikroelektronik und Flut elektronische Informationsindustrie Aktiengesellschaft, gemeinsame Chongqing Universität für Post und Telekommunikation, Xiamen University Forscher veröffentlichte Papiere, vorgestellten, um elektronische Halbleiter-Quantenring Quantencomputer Theorie zu bauen, um die Qubit-Implementierung zu bereichern.

Als der Autor, die chinesische Akademie der Wissenschaften Institut für Mikroelektronik integrierte Schaltung führen Technologie R & amp; D-Zentrum Forscher Wu Zhenhua sagte Technology Daily Reporter, sagte: "Mit dem Bau eines Halbleiter-Quantum-Ring-Quanten-Bit, das eine neue Idee der bestehenden ausgereiften Halbleiter-Technologie ist, um einen Quantencomputer basierend zu bauen."


Die Größe des Transistors liegt nahe der physikalischen Grenze

In den letzten 40 Jahren hat die Mikroelektronikindustrie das Mooresche Gesetz zur kontinuierlichen und schnellen Entwicklung befolgt.

"Aber mit dem Fortschritt der Technologie, die Integration von Geräten wird immer höher, die Anzahl der Transistoren auf dem Chip steigt, und die Größe der einzelnen Transistor wird immer kleiner. Es kann gesagt werden, dass die Entwicklung des Stromes Halbleiter-Chip nähert sich der physischen Grenze der Größe. Die Ära des Moore-Gesetzes neigt sich dem Ende zu. Es ist dringend notwendig, neue Computer-Prinzipien und neue Geräte-Architekturen zu entwickeln, um die wachsende Nachfrage nach Computer zu befriedigen. Wu Zhenhua erklärte: die Wissenschaftler auf der ganzen Welt, um die Gesetze der Quantenmechanik, Quantencomputing und Informationstechnologie Entwicklung zu studieren, um praktische Quantencomputer anstelle von traditionellen Computer, super ultra hohe Quanten-Parallel-Computing-Fähigkeit zu entwickeln. "

"Quantencomputer erreichen das Wachstum von Rechenleistung, indem sie Quantenphänomene überlagern und verschränken. Die Quantenüberlagerung ermöglicht es den Qubits, gleichzeitig die Werte 0 und 1 zu haben und sie können mit jedem weiteren Qubit synchronisiert werden ist verdoppelt. "Ein weiterer Autor von Papierkommunikation, Dr. Liu Yu, eine Welle von künstlicher Intelligenz und Hochleistungsrechnen, sagte.

Derzeit haben Google, Microsoft, IBM, Intel und andere Technologieunternehmen bereits die Forschung im Bereich des Quantencomputers ausgelegt. Liu Yu sagte, IBM behauptete, erfolgreich einen 50-Qubit-Quantenhardware-Prototyp entwickelt zu haben; Google Chef John Martinez Google hat 22 Qubit-Chips im Oktober letzten Jahres aufgedeckt; Chinesisch auch Anfang Mai 2017 veröffentlicht den weltweit ersten Quantencomputer über den frühen klassischen Computer erfolgreich. Die 10-Qubit-Verschränkung, die in naher Zukunft erwartet wird, kann manipuliert werden, um 20 supraleitende Qubits zu erreichen.


Um eine Reihe spezifischer "Indikatoren" für eine bessere Qualität zu erreichen

Quantum-Bitqualitätsimplementierungen müssen im Allgemeinen mehrere spezifische Anforderungen erfüllen, wie z. B. den physikalischen Träger der einfachen Implementierung, einfache Vorbereitung und Anfangsoperation, lange Kohärenzzeit usw.

Gegenwärtig umfassen die Realisierungsschemata von Quantenbits hauptsächlich supraleitende Schaltungen, eingefangene Ionen, Halbleiterquantenpunkte, Diamantleerstellen, topologische willkürliche Untergruppen, Photonen und so weiter. Jede Technologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die zukünftige Route ist noch nicht klar. Wu Zhenhua sagte Reportern. Nach seiner Einführung hat die Halbleiter-Quantenpunktlösung den größten Vorteil im obigen Schema. Es kann auf der Basis der bestehenden Halbleitertechnologie entwickelt und betrieben werden und ist leicht mit hoher Integrationsdichte zu implementieren.

Aber der starke Quanteneingrenzungseffekt in Halbleiter-Quantenpunkten macht die Elektronen kohärente Zeit kurz und die elektronische Verschränkung schwierig. Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir die Konfigurationswechselwirkungs (configuration interaction) -Methode, aus einer theoretischen Studie der elektronischen Zustände einschließlich 3 bis 6 Elektronen im Halbleiterquantenring, gefunden die Anzahl der Elektronen im Quantenring, elektronische Kopplungsverschränkung zwischen verschiedenen, und mit dem externen Magnetfeld zeigen elektrisches Feld und verschieden die verschiedenen Eigenschaften, um die Kontrolle von Quantenzuständen zu verwirklichen. Darüber hinaus wird in unserer Forschung das Schema der Messung der Eigenschaften von Quantenringen durch optische Messungen systematisch erläutert. "Sagte Liu Yu.


Kann durch den Einsatz aktueller Halbleitertechnologie realisiert werden

Nach Ansicht von Wu Zhenhua und Liu Yu ist die Konstruktion von Quantenbits mit Multielektronen-Halbleiter-Quantenringen eine neue Idee für das bestehende Einzelelektronen-Halbleiter-Quantenpunkt-Schema. Das Haupthindernis bei der Realisierung von Quantencomputern besteht darin, dass der für die Berechnung verwendete Quantenzustand schwer aufrechtzuerhalten ist, was oft eine kurze kohärente Zeit hat. Die Forschung zeigt, dass im Vergleich zu Halbleiter-Quantenpunkten das Begrenzungspotential von Halbleiterquantenringen leicht einstellbar ist und die Elektronenkohärenzzeit länger ist, was dazu beiträgt, mehr Qubits-Operationen zu erreichen. Die Halbleiterquantenpunkte können den Einzelelektronenspin manipulieren, was für das Experiment sehr schwierig ist. Der Multi-Elektronen-Quantenring nutzt die Anzahl der Elektronen und den Spin-Zustand des Elektrons, um die Qubits zu realisieren, so dass es mehr nutzbare Freiheitsgrade gibt. Darüber hinaus sind Elektronen im nulldimensionalen Raum in den Quantenpunkten gebunden. Die Elektronen in einem Quantenring haben auch den Freiheitsgrad in einer quasi eindimensionalen Orbitalbewegung, was eine neue Codiermöglichkeit außerhalb der Ladung des Spins bietet.

Darüber hinaus kann der Quantenring ebenso wie Halbleiter-Quantenpunkte unter Verwendung der bestehenden Halbleitertechnologie realisiert werden, so dass er basierend auf der bestehenden Technologie glatt von einem klassischen Halbleiterchip zu einem Quantenchip übergehen kann. Wu Zhenhua sagte.

Dieses neue Forschungsergebnis ist das fruchtbare Ergebnis der Zusammenarbeit von Industrie und Forschung. Liu Yu sagte: "Die Forschung verwendet eine strengere und präzisere theoretische Simulationsmethode, aber die Menge der Berechnung ist riesig. Die Kooperation zwischen dem Microelectronics Institute und der Forschungszusammenarbeit der Industriegruppe der Wellengruppe hat die Vorteile der Welle in vollem Umfang genutzt High-Performance-Computing-Bereich. Die beiden Seiten werden weiterhin die Zusammenarbeit fördern und neue Durchbrüche im Bereich des Quantencomputers anstreben. "