1月13日电，据澳大利亚新南威尔士大学官网近日报道，该校量子计算与通信技术卓越中心（CQC2T）的研究人员已经证明，他们可以在3D设备中构建原子精度的量子比特，并实现精准的层间对齐与高精度的自旋状态测量，最终得到全球首款3D原子级硅量子芯片架构，朝着构建大规模量子计算机迈出了重要一步。

在最新研究中，新南威尔士大学量子计算与通信技术卓越中心教授米歇尔·西蒙斯领导研究团队，将原子级量子比特制造技术应用于多层硅晶体，获得了这款3D原子级量子芯片架构。

该研究小组首次展示了在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，更重要的是，团队成员能够让3D设备中的不同层实现了纳米精度的对齐，并显示出他们能够通过所谓的“单次拍摄”（即在一次测量中，以非常高保真度）读出量子位元状态。

“这种3D设备架构是硅原子量子位的一个重大进步。”Michelle Simmons教授表示，“为了能够持续不断地纠正量子计算中的错误，我们必须能并行控制许多量子比特，这是量子计算领域的一个里程碑。”

他解释称，实现这一目标的唯一方法是使用3D架构，因此他所带领的团队在2015年开发出一个垂直交叉架构并申请了专利。虽然这种多层设备的制造还面临一系列挑战，不高这次的研究成果证明，几年前所设想的3D方法是可行的。

在论文中，该团队演示了如何在第一层量子位元之上构建第二个控制平面或层。“这是一个非常复杂的过程，简单来说就是在构建了第一个平面后，使用一种优化的技术，在不影响第一层结构的情况下生长第二层。”CQC2T研究员兼合着者Joris Keizer博士解释道。

此外，团队成员还证明他们可以将这些层以纳米精度对齐。Joris Keiser博士称，“如果你在第一层硅层上写了一些东西，然后在上面放了一层硅层，你仍然需要确定你的位置来对齐这两层的组件。”我们已经展示了一种可以在5纳米以下实现对准的技术，这是非常了不起的。”

最后，研究人员还通过单次测量获得3D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，Joris Keiser博士表示这有望促进该技术的进一步升级。

西蒙斯解释说：“对于原子级的硅量子比特来说，这种3D架构是一个显著的进展。为了能够持续不断地纠正量子计算中的错误——也是量子计算领域的一个里程碑，我们必须能并行控制许多量子比特。实现这一目标的唯一方法是使用3D架构，因此在2015年，我们开发出一个垂直交叉架构，并申请了专利。然而，这种多层设备的制造还面临一系列挑战。现在，我们通过新研究证明，几年前我们设想的3D方法是可行的。”

在新的3D设计内部，原子级量子比特与控制线（非常细的线）对齐。此外，团队也让3D设备中的不同层实现了纳米精度的对齐——他们展示了一种可实现5纳米精度对齐的技术。

西蒙斯教授说，尽管距离大规模量子计算机还有至少十年时间，但我们正在系统性地研究大规模架构，这将引领我们最终实现该技术的商业化。

由2018年澳大利亚年度最佳研究人员和CQC2T教授Michelle Simmons领导的研究人员表示，他们可以将原子量子比特制造技术扩展到多层硅晶体，实现引入的3D芯片架构的关键组成部分，这项新研究成果表已经发表在Nature Nanotechnology杂志上。