“人造原子”工艺攻克难关 超大规模光子学芯片诞生

　　日前，麻省理工学院的研究人员开发出了一种制造和整合“人造原子”的工艺，这种工艺由钻石的微观薄片中的原子级缺陷产生，并带有光电集成技术电路，从而生产出同类最大的量子芯片。该最新研究成果论文，题为：”混合光子电路中人工原子的大规模集成“，发表在今天的《自然》杂志上。

　　论文第一与第二作者与通讯作者为华人博士生学者：诺埃尔·万（Noel H. Wan）、陆宗举（Tsung-Ju Lu）。论文主导作者、麻省理工学院电气工程与计算机科学系教授、德克·恩格隆德（Dirk Englund）说，这项成就“标志着可伸缩量子处理器领域的转折点”。建造量子计算机将需要数百万个量子处理器，这项新的研究证明了扩大处理器生产规模的可行方法。

　　“比特”是计算机科学的基本概念，指的是一个体系有且仅有两个可能的状态，一般用“0”和“1”来表示。典型的例子，如硬币的正、反两个面或者开关的开、关两个状态。但在量子力学中，情况出现了本质的不同。量子力学有一条基本原理叫做“叠加原理”：如果两个状态是一个体系允许出现的状态，那么它们的任意线性叠加也是这个体系允许出现的状态。从两个选择到无穷多个选择，这是个巨大的扩展。显然，一个量子比特包含比一个经典比特大得多的信息量。

　　这种新芯片中的量子位是由钻石中的缺陷制成的人造原子，可以用可见光和微波来驱使它们发出携带量子信息的光子。研究团队在《自然》杂志上描述的过程是一种混合方法，其中将精心挑选的包含多个基于钻石的量子位的“量子微芯片”放置在氮化铝光子集成电路上。

　　芯片的质量控制使用他们的混合方法，恩格隆德及其同事能够构建一个 128 量子位的系统，这是迄今为止最大的集成人工原子光子学芯片。