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Veldhorst实验室

Menno Veldhorst (hardwijk, 1984)是QuTech学院的负责人。维尔德霍斯特于2012年以优异成绩获得博士学位,研究内容为超导和拓扑杂化在特温特大学获得了奖学金获得博士奖另请参阅).然后他去了悉尼的新南威尔士大学,研究利用硅量子点进行量子计算。亮点是演示在单个量子位上的量子操作两个量子位之间的量子操作.这两件事一起代表了在硅中首次展示了通用量子逻辑,这是迈向科学的重要一步硅量子计算机,并被《物理世界》评为2015年物理学十大突破之一。

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Veldhorst实验室的目标是以可调的方式设计突现量子现象,模拟非平凡的量子物理,并计算经典难题。我们通过限制单独的电子和空穴在门定义的量子点,并相干地控制它们的自旋态来做到这一点。

上个世纪量子物理学的发展在我们理解化学相互作用、半导体中的电子波函数和光的传播方面起到了关键作用。这导致了大量的设备和应用,如用于电信的激光器和用于计算的晶体管。这一显著的发展奠定了信息时代的基础,有时被称为第一个量子革命.尽管今天的超级计算机令人印象深刻,但它们还不足以模拟自然界中发生的许多过程。量子系统可以迅速产生一种使用遵循经典物理定律的仪器无法描述的复杂性,因为量子力学相互作用可以导致一种随其大小呈指数级增长的复杂性。这促使理查德·费曼说:“自然不是经典的,该死的,如果你想模拟自然,你最好把它变成量子力学,天哪,这是一个很棒的问题,因为它看起来不是那么容易”。幸运的是,在过去的几十年里,纳米技术领域的进步使得单独控制粒子(如电子)成为可能。与其理解和欣赏量子物理学的相关性,不如利用量子物理学最深刻和最基本的概念,比如叠加和纠缠,来构建革命性的技术。量子技术的兴起,通过积极188博金宝手机地涉及到单个粒子的量子力学性质被称为第二次量子革命.我们小组的目标是利用先进的半导体技术来构建这种量子技术,这188博金宝手机种技术可以在单个硅片上构建数十亿个晶体管,提供一个可扩展的系统,在这个系统中,相关参数可以随意控制。我们的动力来自于有机会研究量子力学最深层的方面,同时有机会看到我们的研究通过与工业巨头的合作在现实生活中的应用。因此,Veldhorst实验室的长期目标是以可调的方式设计突现量子现象,模拟非平凡的量子物理,并计算经典难题。

我们从第IV类材料构建的量子点中的电子开始。单个电子的自旋态定义了典型的量子位,当使用第IV组半导体作为主体材料时,它可以在人类时间尺度上保持量子相干[Veldhorst自然纳米技术2014].此外,限制在量子点中的电子可以被非常精确地控制和耦合[Veldhorst et al . 2015].这为我们的团队在硅中演示的通用量子门提供了所有的成分[小等。大自然2020年]和锗[亨德里克斯等。大自然2020年甚至可以达到一开氏以上的相对较高的温度。接下来,我们展示了量子点量子位元可以被放置在网格中[Lawrie等。APL 2020, van Riggelen等。APL 2020].我们利用这种能力实现了4量子位逻辑[亨德里克斯等。大自然2021年并演示了纠缠4-量子位GHZ态的相干生成,这是当今量子点的最先进演示,与量子模拟和量子误差校正高度相关。单电子和空穴也可以耦合到宏观状态,如超导。在一个初步实验中,我们展示了锗的门可调超导邻近效应[亨德里克斯等。2018年自然通讯。]及数微米以上的长度尺度[亨德里克斯等。复审委员会2019年].

有了这些成果,我们现在可以实现量子算法,研究量子仿真。同时,还有许多令人兴奋的基础物理问题需要解决。这些活动将Veldhorst实验室定义为一个多学科的团队,我们与世界各地的许多团队合作,以实现我们的抱负。

艺术家印象的硅量子计算机执行单和双量子位运算

如果您有兴趣加入Veldhorst实验室,请随时与我联系。

联系信息:
电子邮件:m.veldhorst@tudelft.nl