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金刚石的色心Colour centres已成为推进量子技术的领先固态平台，满足DiVincenzo标准，最近在密钥分发中，金刚石色心实现了量子优势。愿景研究表明，使用本地量子通信网络的通用量子计算，将需要数百万个物理量子比特，以编码数千个逻辑量子比特，这是开放的可扩展挑战之一。 近日，美国 麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology) Linsen Li，Dirk Englund等，在Nature上发文，报道了一种模块化的量子片上系统quantum system-on-chip (QSoC) 架构，在量子微芯片的二维阵列中，将数千个可单独寻址的锡空位自旋量子比特集成到了低温调控的专用集成电路。研究表明，关键的制造步骤和架构子组件，包括通过“锁定和释放”方法，实现了大规模异质集成的量子片上系统QSoC转移，高通量自旋量子比特校准和光谱调谐，以及高效的自旋态制备和测量。这种量子片上系统QSoC架构，通过在自旋光子频率通道上，实现了光谱调谐，支持量子存储阵列的完全连接。在这些测量基础上的设计研究表明，通过增加量子位密度、量子片上系统QSoC更大的有源区和QSoC模块的光学网络，可以进一步扩展潜力。（小注：金刚石diamond是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，也是常见的钻石的原料。钻石gemstone diamond是将金刚石打磨而成的一种宝石）
Heterogeneous integration of spin–photon interfaces with a CMOS platform. 自旋-光子界面与CMOS平台的异质集成
图1:综合架构设计。
图2: 量子片上系统quantum system-on-chip，QSoC制造。
图3: 量子片上系统QSoC表征。
图4: 量子发射器光谱调谐和自旋态制备和测量。
图5: 量子片上系统QSoC实现了具有进一步缩放的大规模全连接量子位图。 文献链接Li, L., Santis, L.D., Harris, I.B.W. et al. Heterogeneous integration of spin–photon interfaces with a CMOS platform. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07371-7https://www.nature.com/articles/s41586-024-07371-7本文译自Nature。
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