莫斯科國(guó)立科技大學(xué)(NUSTMISIS)、俄羅斯量子中心(RQC)、以及德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在量子優(yōu)勢(shì)研究方面取得了重大的進(jìn)展。由發(fā)表在《npj量子信息》期刊上的研究論文可知，其打造的一款量子傳感器，為量子比特中兩檔能級(jí)缺陷的測(cè)量和操縱鋪平了道路。

SCITechDaily指出，在量子計(jì)算中，信息以量子計(jì)算進(jìn)行編碼。在經(jīng)典的量子力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中，量子比特有著相干的兩級(jí)系統(tǒng)。

當(dāng)前最主要的量子比特模式，是基于約瑟夫森結(jié)(Josephsonjunction)的超導(dǎo)量子比特，正如我們?cè)贗BM和谷歌的量子處理器上所見(jiàn)到的那種量子比特。

與此同時(shí)，科學(xué)家們?nèi)晕捶艞墝ふ也皇芷洵h(huán)境影響、支持精確測(cè)量和控制、更加完美的量子比特。

超導(dǎo)量子比特的關(guān)鍵，在于納米級(jí)的超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體約瑟夫森結(jié)。作為一種隧道結(jié)，它由兩片超導(dǎo)金屬制成，并由非常薄的絕緣層(常見(jiàn)為氧化鋁)隔開(kāi)。

然而現(xiàn)代技術(shù)不允許以100%的精度來(lái)構(gòu)建量子比特，結(jié)果導(dǎo)致了所謂的隧穿兩級(jí)缺陷。這限制了超導(dǎo)量子器件的性能，并且會(huì)引起計(jì)算錯(cuò)誤。

確切的說(shuō)法是，缺陷會(huì)導(dǎo)致量子比特的壽命極短或退相干。而氧化鋁和超導(dǎo)體表面的隧穿缺陷，就是超導(dǎo)量子比特中波動(dòng)和能力損耗的重要來(lái)源，最終限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。

研究人員指出，發(fā)生的材料缺陷越多，對(duì)量子比特的性能掣肘就越大，進(jìn)而引發(fā)更多的計(jì)算錯(cuò)誤。

好消息是，得益于新開(kāi)發(fā)的量子傳感器，其能夠?qū)α孔酉到y(tǒng)中的各個(gè)二級(jí)缺陷展開(kāi)測(cè)量和操作。

研究合著者，NUSTMISIS超導(dǎo)超材料實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、俄羅斯量子中心研究組負(fù)責(zé)人AlexeyUstinov教授表示：“傳感器本身就屬于超導(dǎo)量子比特，能夠?qū)蝹€(gè)缺陷進(jìn)行檢測(cè)和處理”。

盡管此前也有研究材料結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)技術(shù)，例如小角度X射線散射(SAXS)，但其缺點(diǎn)是不夠靈敏、難以發(fā)現(xiàn)微小的單個(gè)缺陷，因而基于傳統(tǒng)技術(shù)的方案無(wú)助于構(gòu)建好的量子比特。

展望未來(lái)，研究人員希望這項(xiàng)技術(shù)能夠?yàn)榱孔硬牧系乃淼廊毕萁Y(jié)構(gòu)、以及低損耗電介質(zhì)的光譜學(xué)研究開(kāi)辟新的途徑。因?yàn)槌瑢?dǎo)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，迫切需要這種低損耗的電介質(zhì)。