近日，美国麻省理工学院和MITRE公司共同展示了一项前沿科技成果——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，为量子计算领域带来了重大突破。这一量子片上系统（QSoC）架构的成功研制，标志着量子计算技术的又一重要里程碑。相关研究成果已发表在近期的《自然》杂志上。 量子比特，作为携带量子信息的“人造原子”，是实现量子计算的关键。本次展示的QSoC架构，采用金刚石色心制成的量子比特，通过精确调谐和控制密集的量子比特阵列，为大规模量子计算提供了新的可能性。特别值得一提的是，该平台支持在11个频率通道上调整量子比特，为实现一种全新的“纠缠复用”协议奠定了坚实基础。 为了构建这一创新的QSoC平台，研究团队开发了一种独特的制造工艺。他们将金刚石色心“微芯片”大规模转移到CMOS（互补金属氧化物半导体）背板上。首先，团队使用实心金刚石制作出金刚石色心微芯片阵列，并设计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。随后，在半导体代工厂中，团队设计并规划出芯片，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。 在实验室中，研究团队建立了一个内部传输装置，并应用锁定和释放流程将金刚石微芯片与CMOS芯片集成在一起。这一过程中，金刚石微芯片被锁定在CMOS芯片的插槽中，而由于金刚石微芯片与金刚石表面的结合力较弱，当大块金刚石被水平释放时，微芯片便会留在插槽中。 此次展示的QSoC平台在500微米×500微米的区域内集成了1024个金刚石纳米天线阵列，但研究团队表示，他们可以通过使用更大的金刚石阵列和CMOS芯片来进一步扩大系统规模。更令人兴奋的是，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反而更小，这无疑将大大降低量子计算的成本和难度。 这一成果不仅展示了麻省理工学院和MITRE公司在量子计算领域的卓越实力，也为未来的量子计算技术发展开辟了新的道路。随着这一平台的不断完善和扩展，我们有理由相信，量子计算将在不久的将来迎来更加广泛的应用和突破。 |
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