CPU 是使用半导体技术构建的，该技术能够将数十亿个晶体管放在单个芯片上。现在，来自代尔夫特理工大学和 TNO 合作的 QuTech 的 Menno Veldhorst 小组的研究人员表明，该技术可用于构建二维量子位阵列，以用作量子处理器。他们的工作是可扩展量子技术的一个重要里程碑，今天发表在《自然》杂志上。

量子计算机具有解决经典计算机无法解决的问题的潜力。尽管当前的量子设备拥有数十个量子位(量子技术的基本构建块)，但未来能够运行任何量子算法的通用量子计算机可能包含数百万到数十亿个量子位。量子点量子位有望成为一种可扩展的方法，因为它们可以使用标准半导体制造技术进行定义。Veldhorst：“通过将四个这样的量子位放在一个 2×2 的网格中，展示对所有量子位的通用控制，并操作一个纠缠所有量子位的量子电路，我们在实现量子计算的可扩展方法方面迈出了重要的一步。 ”

一个完整的量子处理器

被困在量子点中的电子，尺寸只有几十纳米的半导体结构，作为量子信息的平台已经被研究了二十多年。尽管做出了所有承诺，但超出双量子位逻辑的扩展仍然难以实现。为了打破这一障碍，Menno Veldhorst 和 Giordano Scappucci 小组决定采用完全不同的方法，并开始研究锗中的空穴(即缺失的电子)。使用这种方法，定义量子位所需的相同电极也可用于控制和纠缠它们。

“没有大的额外的结构必须被旁边的每个量子比特，使得我们的量子位几乎等同于一个计算机芯片中的晶体管增加，”尼科亨德里克斯说，研究生组缅Veldhorst和文章的第一作者英寸 “此外，我们已经获得了出色的控制能力，可以随意耦合量子位，使我们能够对一、二、三和四量子位门进行编程，有望实现高度紧凑的量子电路。”

Menno Veldhorst 和 Nico Hendrickx 站在托管锗量子处理器的装置旁边。图片来源：Marieke de Lorijn (QuTech)

2D 是关键

在 2019 年成功创造出第一个锗量子点量子位后，他们芯片上的量子位数量每年都翻一番。“当然，四个量子比特绝不是一个通用的量子计算机，”Veldhorst 说。“但是通过将量子位放在一个 2×2 的网格中，我们现在知道如何控制和耦合不同方向的量子位。” 任何用于集成大量量子比特的现实架构都要求它们沿二维互连。

锗作为一个高度通用的平台

在锗中演示四量子位逻辑定义了量子点领域的最新技术，并标志着朝着密集、扩展的二维半导体量子位网格迈出的重要一步。除了与先进半导体制造的兼容性之外，锗还是一种用途广泛的材料。它具有令人兴奋的物理特性，例如自旋轨道耦合，并且可以与超导体等材料接触。因此，锗被认为是几种量子技术的优秀平台。Veldhorst：“现在我们知道如何制造锗并操作一系列量子位，锗量子信息路线可以真正开始。”