臺灣的量子科技–量子點與量子位元

王泰洲|特約編輯 (臺灣大學化學系博士班)

量子點泛指奈米尺度的材料微粒,且在微觀尺度下,材料的性質會有相當大的改變,產生量子化的現象,使電子結構由傳統塊材中連續的能帶轉變為離散的能階。而透過改變量子點的大小與形狀也能夠更進一步控制其量子態的特性,衍伸出許多有趣的物理及化學性質。

現今量子點的應用五花八門,其中一項便是作為量子電腦的基本單元–量子位元。量子位元是利用量子疊加以及量子糾纏的性質來進行計算,以達成古典電腦所無法企及的運算能力,而量子點正是其中一類有潛力作為量子位元的量子系統。然而,精準的測量以及操控量子位元的狀態對量子計算來說相當重要,若想要將量子點應用於量子位元,如何精確的控制量子點的大小、形狀、以及如何讀取其微小的狀態變化等問題都會是科學家們所需要面對的難關。目前臺灣也有相關團隊致力於研究量子點在量子元件、電路上的應用。其中,國立陽明交通大學李佩雯教授的研究團隊近期主要專注在鍺量子點的成長、定位,以及探討其量子物理基本性質,並且成功的發展出了能夠與大型積體電路相關技術相容的製程。近幾年中研院也與國立臺灣大學管希聖教授合作,成功地解決了矽基量子點量子原件中的雜訊以及參數不準等問題,降低了量子邏輯閘的誤差,取得重要學術突破。相信隨著眾多研究團隊的努力,臺灣的量子科技將一步一步地向前邁進。

鍺量子點成長、定位/定數置放以及其成長機制
圖: 鍺量子點成長、定位/定數置放以及其成長機制。出處:資料來源2.

資料來源

  1. 淺談量子計算硬體 – 量子位元技術之演進與挑戰
    https://technews.tw/2021/11/30/evolution-and-challenges-of-qubit/
  2. 李佩雯教授實驗室網頁
    https://sites.google.com/nycu.edu.tw/pwli/nycu_pwli_lab
  3. 量子技術創新突破 — 臺大—中研院團隊量子密碼學和矽基量子位元研究
    https://www.most.gov.tw/folksonomy/detail/583ae4e5-4573-46d5-acbb-b022c3a257e2?l=ch

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