新南威尔士大学量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)的研究人员首次表明，他们可以在3D设备中构建原子精密量子比特 - 这是通用量子计算机的又一重大举措。

由2018年澳大利亚年度最佳研究人员和CQC2T教授Michelle Simmons领导的研究团队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 - 实现3D芯片架构的关键组成部分他们于2015年向世界介绍。这项新研究今天发表在Nature Nanotechnology上。

该小组是第一个证明在3D设计中使用原子级量子比特来控制线路的架构的可行性 - 这些线路基本上是非常窄的线路。

更重要的是，该团队能够将他们的3D设备中的不同层与纳米精度对齐 - 并且显示他们可以在单次测量中读取量子位状态，即在一次测量中，具有非常高的保真度。

“这种3D器件架构是硅片中原子量子位的重大进步，”西蒙斯教授说。“为了能够不断纠正量子计算中的错误 - 我们领域的一个重要里程碑 - 你必须能够并行控制许多量子位。

“实现这一目标的唯一方法是使用3D架构，因此在2015年我们开发并获得了垂直十字交叉架构的专利。但是，这个多层设备的制造仍然存在一系列挑战。我们现在已经证明，在几年前我们设想的3D方法是可行的。“

在本文中，该团队已经演示了如何在第一层量子比特的顶部构建第二个控制平面或层。

“这是一个非常复杂的过程，但是用非常简单的术语，我们构建了第一个平面，然后优化了一种技术来生长第二层，而不会影响第一层的结构，”CQC2T研究员兼合着者Joris Keizer博士解释道。

“在过去，评论家会说这是不可能的，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密技术 - 但是，在本文中，我们已经表明我们可以这样做，与预期相反。“

该团队还证明，他们可以将这些多层与纳米精度对齐。

“如果你在第一个硅层上写东西，然后在上面放一个硅层，你仍然需要确定你的位置以对齐两个层上的元件。我们已经展示了一种可以在5纳米以下实现对准的技术，这是相当的非凡，“凯泽博士说。

最后，研究人员能够使用所谓的单次测量来测量3D设备的量子比特输出 - 即使用单一，准确的测量，而不是必须依靠平均数百万次实验。“这将进一步帮助我们更快地扩大规模，”Keiser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。

“我们正在系统地开展大规模架构，这将引领我们最终实现技术的商业化。

“这是量子计算领域的一项重要发展，但它对SQC来说也非常令人兴奋，”西蒙斯教授说，他也是SQC的创始人兼董事。

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)一直致力于创建和商业化量子计算机，该计算机基于CQC2T开发的一套知识产权及其自有的知识产权。

“虽然我们距离大型量子计算机还有至少十年的时间，但CQC2T的工作仍然处于这一领域创新的前沿。具体的结果再次证明了我们在国际上的强势地位，”她总结道。