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标题: 全球扫描-金刚石NV色心量子产品 [打印本页]

作者: 培育钻石网 时间: 2022-2-24 11:58
标题: 全球扫描-金刚石NV色心量子产品

Quantum Brilliance公司简介

量子计算硬件公司Quantum Brilliance成立于2019年，由Dr. Andrew Horsley担任CEO，由Dr. Marcus Doherty担任CSO (Chief Science Officer)，已获得数千万欧元的融资，计划到2025年在两个关键技术上实现突破，为室温量子计算铺平道路。

“the development of atomically precise techniques for the fabrication of quantum microprocessors and to find new methods for selective initialization, read-out, and manipulation of qubits in quantum computers with multiple processor nodes. ”

公司定位为世界量子加速器供应商，主要为发现和开发应用程序、构建软件架构，使用量子加速器并将它们集成到计算系统中的团队和机构提供支持。在此过程中，Quantum Brilliance 的目标是让量子计算机速度更快，用途更广，因此其致力于在计算中心和移动平台上部署尺寸、重量和功率相当但性能和速度更加优越的CPU 和 GPU。

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Quantum Brilliance 的加速器基于金刚石量子计算机，它可以在具有相对简单的控制系统的环境条件下运行，同时提供更有竞争力的性能。室温金刚石的量子计算虽然并不新鲜，但是由于量子比特制造产量和精度方面的挑战，它的应用规模还比较小。Quantum Brilliance 的核心创新解决了这一扩展障碍以及控制结构的小型化和集成，这对于实现芯片级量子微处理器至关重要。

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金刚石量子加速器的优势

室温金刚石量子计算机由一系列处理器节点组成。每个处理器节点由一个NV中心和一组核自旋组成，其中核自旋充当计算机的量子比特，而 NV 中心充当量子总线，调解量子比特的初始化和读出以及节点内和节点间的多量子比特操作。量子计算通过射频、微波、光学和磁场进行控制。

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NV色心的显著特性归功于室温和压力操作。也就是说，它的电子自旋初始化和读出机制在简单偏振照明的环境条件下可以保持高保真度、高对比度，以及长电子自旋相干时间[1]。这些特性允许 NV 色心作为量子总线有效地运行，可以初始化、读出和连接其他弱相互作用和高度相干的核自旋量子比特。

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一般传统技术可以达到的保真度为99.99%，栅极时间为10µs。最近的工作表明，使用更先进的量子控制技术[2]，超过99.999% 的栅极保真度和低于约1 µs 的栅极时间是可能的。然而，由于注入掩模制造的限制和注入离子的散射[3]，使用现有的用于创建 NV 色心的“自上而下”氮离子注入技术无法以高产率实现这种精度。

关键发明技术

Quantum Brilliance 的一项关键发明是一种“自下而上”的原子级精确金刚石制造技术，通过表面化学和光刻技术绕过了这些限制。该技术从澳大利亚开创的硅原子级制造技术中汲取灵感[4]。Quantum Brilliance 的另一项关键发明是集成量子芯片，它将金刚石量子计算机的电、光和磁控制系统小型化并集成在一起。这两项发明的结合能够同时扩大量子比特数，同时缩小金刚石量子计算机的总尺寸、重量和功率，从而实现用于移动和并行应用的紧凑而强大的量子加速器。Quantum Brilliance 的目标是在未来 5 年内构建包含超过50量子比特的量子加速器，在重要应用中其性能优于同等尺寸、重量和功率的 CPU/GPU。

金刚石量子加速器的应用

与更广泛的量子计算一样，量子加速器的作用和应用处于发现和开发的早期阶段，在这里，提供了一些应用示例。大规模并行化的量子加速器有望在分子动力学 (MD) 的模拟中实现飞跃。MD 模拟被广泛用于模拟大分子或大量相互作用的分子，它们在药物设计、化学合成、能量储存和纳米技术中都有应用[5]。传统的 MD 技术将分子的原子视为点粒子，并利用经典动力学来求解原子。这有许多严重的限制：（1）通过假设绝热性，分子的激发态被忽略，而激发态在相互作用、反应和能量转移中通常是关键的（2）使用受限的经验降低了计算的准确性和普遍性（3）化学键的断裂和形成被忽略，这妨碍了化学反应模型的建立。

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MD 的量子力学/分子力学 (QM/MM) 公式的发明是为了克服传统技术的这些限制。在 QM/MM 中，分子被分成要使用量子力学处理的部分（即蛋白质的反应位点、分子的反应基团）和使用常规分子力学处理的部分。这样，在重要部分获得了QM计算的准确性和通用性，同时对其他部分保持了MM计算的速度。问题在于，QM 计算在经典计算机上的计算成本很高，这严重限制了当今 QM/MM 方法的实用性。显而易见的解决方案是在量子加速器和经典计算机之间之间拆分 QM 和 MM 计算，通过在多个量子加速器上而不仅仅是一个量子大量机上并行化，使得对许多相互作用分子的系统进行 QM/MM 模拟成为可能。因此，这样可以显著增加 MD 模拟的大小、准确性和范围。

后记

Dr. Andrew Horsley在瑞士巴塞尔大学物理系Quantum Optics Lab小组攻读博士学位，导师是Prof. Dr. Philipp Treutlein，该小组国际上首次提出并实验演示了基于原子体系的微波场成像方法。他的博士论文《High resolution field imaging using atomic vapor cell, 基于原子气室的高分辨微波场成像》将这一概念推广到室温热原子体系，大大拓展了应用范围，实现了空间微波场的高分辨相机成像。Dr. Andrew Horsley和杜关祥博士合作，国际上首次报道了基于热原子气室的微波磁场矢量的高分辨成像，成像分辨率达到50微米，微波磁场灵敏度达到1.4 μT/√Hz 。他们的这一创新性方法也被应用于铷原子钟的腔内微波磁场分布表征，他们和瑞士纳沙泰尔的微型化原子钟小组合作，精确测量了原子钟内微波场的模式分布，在EFTF2014年会上报道了这一结果，引起了国际时频同行的浓厚兴趣。

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Dr. Andrew Horsley博士期间发表的成果：

（1）A. Horsley, G. X. Du, M. Pellaton, C. Affolderbach, G. Mileti, and P. Treutlein, “Imaging of Relaxation Times and Microwave Field Strength in a Microfabricated Vapor Cell”, Phys. Rev. A 88, 063407 (2013).
（2）C. Affolderbach, G.-X. Du, T. Bandi, A. Horsley, P. Treutlein, and G. Mileti “Imaging Microwave and DC Magnetic Fields in a Vapor-Cell Rb Atomic Clock”, IEEE trans. on Instru. and Meas. 64,3629 (2015).
（3）A. Horsley, G. X. Du，P Treutlein, “Widefield Microwave Imaging in Alkali Vapor Cells with sub-100 um Resolution”, New J. Phys. 17, 112002(2015).

引用

[1] M.W. Doherty et al Physics Reports 258, 1 (2013)
[2] Y. Chen, S. Stearn, S. Vella, A. Horsley and M.W. Doherty, New Journal of Physics 22, 093068 (2020).[3] See for example: I. Bayn et al Nano Letters 15, 1751 (2015).[4] M Fuechsle et al Nature Nanotechnology 7, 242 (2012).[5] P. Atkins and R Friedman, Molecular Quantum Mechanics (Oxford University Press: Oxford, 2005); C.J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models (Wiley: West Sussex, 2004).

来源：柚量子突击队

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