集成数千原子量子比特的半导体芯片问世

　　美国麻省理工学院和MITRE公司展示了一个可扩展的模块化硬件平台，该平台将数千个互连的量子比特集成到定制的电路上。这种量子片上系统(QSoC)架构能精确调谐和控制密集的量子比特阵列。多个芯片可通过光网络连接起来，从而创建一个大规模的量子通信网络。研究论文发表在近期的《自然》杂志上。

　　由金刚石色心制成的量子比特，是携带量子信息的“人造原子”。通过在11个频率通道上调整量子比特，该QSoC架构允许为大规模量子计算提出一种新的“纠缠复用”协议。

　　为了构建QSoC，团队开发了一种制造工艺，将金刚石色心“微芯片”大规模转移到CMOS(互补金属氧化物半导体)背板上。他们首先用一块实心金刚石制作出金刚石色心微芯片阵列，还设计并制作了纳米级光学天线，以更有效地收集这些色心量子比特在自由空间中发射的光子。然后，他们在半导体代工厂设计并规划出芯片，并在洁净室中对CMOS芯片进行后处理，添加与金刚石微芯片阵列相匹配的微尺度插槽。

　　团队在实验室建立了一个内部传输装置，并应用锁定和释放流程将两层集成在一起，方法是将金刚石微芯片锁定在CMOS芯片的插槽中。由于金刚石微芯片与金刚石表面的结合力较弱，当他们水平释放大块金刚石时，微芯片会留在插槽中。

　　团队展示了一个500微米×500微米的区域转移，该转移区域包含1024个金刚石纳米天线阵列，但他们可使用更大的金刚石阵列和更大的CMOS芯片来进一步扩大系统规模。事实上，随着量子比特的增多，这种架构下调整频率所需的实际电压更小。