2018年澳大利亚年度最佳科学家、新南威尔士大学（The University of New South Wales）量子计算与通信技术卓越中心的教授Michelle Simmons领导的研究小组已经证明，他们可以将原子量子位制造技术扩展到多层硅晶体，从而实现他们在2015年引入世界的三维芯片架构的关键组成部分。这项新研究今天发表在《自然纳米技术》上。
该小组是第一个演示使用原子尺度量子比特来控制线的体系结构的可行性的小组，这些线基本上是三维设计中非常窄的线。
更重要的是，研究小组能够将他们的三维设备中的不同层与纳米精度对齐，并显示出他们能够以非常高的保真度读出单发量子比特状态，即在一次测量中。
西蒙斯教授说：“这种三维设备结构是硅原子量子比特的重大进步。”为了能够不断地修正量子计算中的错误，这是我们领域的一个重要里程碑，你必须能够同时控制许多量子比特。
“唯一做到这一点的方法是使用三维体系结构，因此在2015年，我们开发并获得了垂直交叉体系结构的专利。然而，在制造这种多层器件方面仍然存在着一系列的挑战。通过这一结果，我们现在已经证明，按照几年前的设想，将我们的方法设计成3-D是可能的。”在论文文中，研究小组演示了如何在第一层量子位上构建第二个控制平面或层。
“这是一个非常复杂的过程，但从非常简单的角度来说，我们构建了第一个平面，然后优化了在不影响第一层结构的情况下生长第二层的技术，”CQC2T研究人员兼合著者Joris Keizer博士解释说。
“在过去，批评者会说这是不可能的，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，这与预期相反。”
研究小组还证明了他们可以用纳米精度来校准这些多层膜。
“如果你在第一个硅层上写点东西，然后在上面放一个硅层，你仍然需要确定你的位置来对齐两个硅层上的组件。凯泽博士说：“我们已经展示了一种可以在5纳米以下实现对准的技术，这是非常了不起的。”
最后，研究人员能够用所谓的单次发射（即用一次精确的测量）来测量3-D设备的量子比特输出，而不必依赖于数百万次实验的平均值。”这将进一步帮助我们更快地扩大规模，”凯泽博士解释说。
走向商业化
西蒙斯教授说，这项研究是该领域的一个重要里程碑。
“我们正系统地朝着一个大规模的架构努力，这将引导我们最终实现技术的商业化。
“这是量子计算领域的一个重要发展，但对SQC来说也是非常令人兴奋的，”同时也是SQC创始人和主管的西蒙斯教授说。
自2017年5月以来，澳大利亚第一家量子计算公司Silicon Quantum Computing Pty Limited（SQC）一直致力于基于CQC2T开发的一套知识产权及其自有知识产权，创建和商业化量子计算机。
“虽然我们离大型量子计算机还有至少10年的距离，但CQC2T的工作仍然是这一领域创新的前沿。这样的具体结果重申了我们在国际上的强大地位，”她总结道。
