澳大利亚悉尼新南威尔士大学量子计算和通信技术卓越中心研究人员首次在3D器件中制备出原子级精度量子比特，这是通向通用量子计算机的又一重大步骤。
由CQC2T米歇尔·西蒙斯教授领导的研究团队已经证明，他们可以将原子量子比特制造技术扩展到硅晶体的多层，从而实现了2015年向世界推出的3D芯片体系结构的一个关键组成部分。这项新的研究今天发表在《自然纳米技术》上。
在3D设计中，该芯片架构采用原子级量子比特对准控制线，控制线本质上是非常窄的线。研究团队首次证明了这种架构的可行性。
更重要的是，研究团队在3D器件中能以纳米精度对准不同的层，并表明他们能以高保真度读出量子态单点，例如，即在一个单一测量中。
米歇尔·西蒙斯说：“对硅中原子级量子比特而言，这种3D器件架构是一重大进步。为了能够不断地纠正量子计算中的错误-这是量子计算领域的一个重要里程碑-你必须能够并行控制许多量子比特。唯一能做到这一点的方法就是使用三维架构，所以在2015年，我们开发了一种垂直纵横交错的体系结构，并获得了专利。然而，在这种多层器件的制造过程中仍然存在着一系列的挑战。有了这个结果，我们现在已经证明，按照几年前的设想，我们在3D中的方法是可能的。”
在新的论文中，研究小组演示了如何在第一层量子比特之上构建第二控制平面或层。
JorisKeizer博士说：“这是一个非常复杂的过程，但简单地说，我们先建立了第一个平面，然后优化了一种技术，在不影响第一层结构的情况下生长第二层。”
“过去，批评人士会说，这是不可能的，因为第二层的表面变得非常粗糙，你将无法再使用我们的精确技术-然而，在本文中，我们已经证明我们可以做到这一点，与预期相反。”
此外，研究团队还验证了他们随后能以纳米精度对准这些多层。
“如果你在第一层硅层上写了一些东西，然后将硅层置于顶部，你仍需识别你的位置来对齐两个层上的组件。我们展示了一种能在5纳米内实现对齐的技术，这是非常不寻常的。”最后，研究人员能够用所谓的单次测量来测量三维器件的量子比特输出，即用一次精确的测量，而不是依赖于平均数以百万计的实验。“这将进一步帮助我们更快地扩大规模。”
通向商业化
西蒙斯教授认为该研究是量子计算领域的一项重要的里程碑。
我们正在致力于研究一种大规模架构，这将引导我们最终实现这项技术的商业化，是量子计算领域中一项重要进步。
