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虽然我具备的量子计算相关的知识有限,但好歹知道点扫描隧道显微镜(STM),且听过好些硅基量子计算相关的学术报告,就简单写几句。
Si-28 对于硅基量子芯片意义重大,原因很简单,Si-28的原子核自旋是0。原子核自旋的量子力学本质展开来讲话就长了,我们这里先略过。
硅基量子计算,其实是在玩自旋。有一种方案是,使用扫描隧道显微镜 (scanning tunnelling microscopy , STM) 氢光刻技术掺入杂质或引入缺陷,如P,B等(其中P已经做了一定时间了,B比较新),利用其原子核的势场囚禁电子形成量子点,31P 原子核及其结合的电子均可用于量子比特编码, 分别构成核自旋量子比特和电子自旋量子比特 [1]。其他手段还有离子注入、在异质结界面构建半导体量子点等。但目标还是一样的,构建自旋比特。
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玩的就是自旋。如果硅衬底用的不是纯净的Si-28,还带着Si的其他同位素。芯片里的硅基衬底上还带着其他自旋信号。那相当于嗡嗡嗡地全是噪声,效果肯定不好。因此,高丰度的Si-28同位素是硅基量子计算最基础的物料。
我听过一些硅基量子计算的报告,路径各不相同。说实话,不少内容也听不懂,但Si-28是几乎每条技术路径都会出现的关键词。
技术上哪怕做到全球领先,但如果基础原料供应高度依赖非自主的单一供应商,供应链风险自然很大。(高度依赖自主的单一供应商,其实也有成本上的风险)。
量子计算的技术路径很多,超导量子、光量子、硅基量子、金刚石-NV体系 等等。各路径也都有一些创业公司,拿到了一定的投资,推出了产品。
坦率地讲,我自然完全不知道,哪(几)种体系最后会跑出来,哪(几)种路径最终会一统江湖。但硅基体系最大的优点是,当下的电子计算机就是基于硅基半导体的,硅基量子计算芯片可以很方便地集成进现有的量子计算机体系。
硅基量子计算学术上,澳大利亚新南威尔士大学的Prof. Michelle Simmons处于领先位置。最近还拿到了澳大利亚主权投资基金等多机构的投资,搞起了产业化,成立了Sillicon Quantum Computing 公司[2]。Michelle现在出去做报告,给的title也都是SQC CEO.
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国内这个方向做的不错的课题组我也知道一些,但似乎还没有在商业化上大张旗鼓的。
参考
^DOI: 10.7498/aps.71.20221900 有改编 https://wulixb.iphy.ac.cn/article/pdf/preview/10.7498/aps.71.20221900.pdf
^https://sqc.com/
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