科技前沿：可集成的石墨烯量子芯片单元有什么卵用-基础器件-与非网
由教授、中国科学院院士领导的中科院量子信息重点实验室研制成功的单元。该实验室固态量子芯片组教授郭国平与合作者成功实现了石墨烯量子点量子比特和超导微波腔量子数据总线的耦合，首次测定了石墨烯量子比特的相位相干时间及其奇特的四重周期特性，并首次在国际上实现了两个石墨烯量子比特的长程耦合，为实现集成化量子芯片迈出了重要的一步。系列成果分别在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 115, 15)]和《纳米快报》[Nano Lett. DOI: 10.1021/acs. nanolett.5b)]上发表，博士生邓光伟是该系列工作的第一作者。
两个石墨烯量子比特与超导微波腔长程耦合样品图和测量装置示意图
新型柔性半导体材料石墨烯被普遍认为是下一代半导体元器件的重要载体。自旋轨道耦合与净核自旋影响的消除也为石墨烯在量子芯片中的应用提供诱人的前景。然而这种单层碳原子材料载流子的相对论特性和零能隙能带结构也对石墨烯基量子比特的构造提出了高度挑战。另外，实用化量子芯片的高集成特性要求构造的量子比特能与非局域量子数据总线耦合。
郭国平研究组在2008年提出将超导腔引入半导体量子芯片做量子数据总线的理论方案[Phys. Rev. Lett.101,8)]后，经过近7年的努力先后攻克了石墨烯全电控单双量子点的制备、石墨烯量子比特的设计构造等系列难关，研发了具有自主知识产权的新型超导微波谐振腔，最终实现了超导微波腔与石墨烯量子比特的复合结构。实验测试表明该新型超导量子数据总线与石墨烯量子比特的耦合强度达到30兆赫兹，在未来大规模集成的量子芯片架构中将具有重要意义。
研究组在该石墨烯与超导复合结构上采用微波探测技术在国际上首次测定石墨烯量子点比特的相位相干时间，并进一步发现石墨烯量子相干时间和其量子点中载流子的数目有独特的四重周期特性，为实验探索和验证石墨烯自旋和能谷自由度四重简并带来的基本物理提供了新方法和新机理。
在深入研究了单个量子比特和超导腔的耦合机理的基础上，研究组把目光瞄向了量子比特长程耦合这一难题上，并首次在国际上成功地实现了两个石墨烯量子比特的长程耦合，测量到了相距60微米(量子点自身大小的200倍)的两个量子比特之间的量子关联。因为是第一个在量子点体系里面实现基于超导腔的两比特长程耦合，文章在arXiv()发表之后，立即引起国际同行广泛关注，被发表在Science，PRL 等刊物的论文引用并高度评价，认为它对将来实现远距离量子点比特之间的量子纠缠以及最终实现集成化的量子芯片均具有重大意义。
这项工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的资助。
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中国科大研制成功可集成的石墨烯量子芯片单元
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　　由中国科学技术大学教授、中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室研制成功可集成的石墨烯量子芯片单元。该实验室固态量子芯片组教授郭国平与合作者成功实现了石墨烯量子点量子比特和超导微波腔量子数据总线的耦合，首次测定了石墨烯量子比特的相位相干时间及其奇特的四重周期特性，并首次在国际上实现了两个石墨烯量子比特的长程耦合，为实现集成化量子芯片迈出了重要的一步。系列成果分别在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 115, 15)]和《纳米快报》[Nano Lett. DOI: 10.1021/acs. nanolett.5b)]上发表，博士生邓光伟是该系列工作的第一作者。　　新型柔性半导体材料石墨烯被普遍认为是下一代半导体元器件的重要载体。自旋轨道耦合与净核自旋影响的消除也为石墨烯在量子芯片中的应用提供诱人的前景。然而这种单层碳原子材料载流子的相对论特性和零能隙能带结构也对石墨烯基量子比特的构造提出了高度挑战。另外，实用化量子芯片的高集成特性要求构造的量子比特能与非局域量子数据总线耦合。　　郭国平研究组在2008年提出将超导腔引入半导体量子芯片做量子数据总线的理论方案[Phys.&Rev.&Lett.101,8)]后，经过近7年的努力先后攻克了石墨烯全电控单双量子点的制备、石墨烯量子比特的设计构造等系列难关，研发了具有自主知识产权的新型超导微波谐振腔，最终实现了超导微波腔与石墨烯量子比特的复合结构。实验测试表明该新型超导量子数据总线与石墨烯量子比特的耦合强度达到30兆赫兹，在未来大规模集成的量子芯片架构中将具有重要意义。　　研究组在该石墨烯与超导复合结构上采用微波探测技术在国际上首次测定石墨烯量子点比特的相位相干时间，并进一步发现石墨烯量子相干时间和其量子点中载流子的数目有独特的四重周期特性，为实验探索和验证石墨烯自旋和能谷自由度四重简并带来的基本物理提供了新方法和新机理。　　在深入研究了单个量子比特和超导腔的耦合机理的基础上，研究组把目光瞄向了量子比特长程耦合这一难题上，并首次在国际上成功地实现了两个石墨烯量子比特的长程耦合，测量到了相距60微米（量子点自身大小的200倍）的两个量子比特之间的量子关联。因为是第一个在量子点体系里面实现基于超导腔的两比特长程耦合，文章在arXiv()发表之后，立即引起国际同行广泛关注，被发表在Science，PRL 等刊物的论文引用并高度评价，认为它对将来实现远距离量子点比特之间的量子纠缠以及最终实现集成化的量子芯片均具有重大意义。　　这项工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的资助。　　文章链接： &&两个石墨烯量子比特与超导微波腔长程耦合样品图和测量装置示意图
（责任编辑：叶瑞优）单片机、电路板
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石墨烯点亮芯片！
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&&&&&& 一群国家和国际级的研究人员已证明石墨烯(Graphene)可用于晶片上可见光源的灯丝。该团队将以石墨烯制成的小丝状物连接金属电极，并悬挂在基板上，再让电流通过石墨烯丝状物。　　“我们已开发出世界上最薄的灯泡!”纽约哥伦比亚大学(Columbia University)工程学院教授James Hone说，这种新型的“宽频”光发
&&&&&& 一群国家和国际级的研究人员已证明石墨烯(Graphene)可用于晶片上可见光源的灯丝。该团队将以石墨烯制成的小丝状物连接金属电极，并悬挂在基板上，再让电流通过石墨烯丝状物。　　“我们已开发出世界上最薄的灯泡!”纽约哥伦比亚大学(Columbia University)工程学院教授James Hone说，这种新型的“宽频”光发射器可以整合到晶片上，可为实现薄如原子、可挠曲及透明的显示器铺路，还能做到基于石墨烯的晶片上(On-chip)光通讯。　　以下的影片“从石墨烯点亮可见光(Bright Visible Light Emission from Graphene)”刊登在自然奈米技术(Nature Nanotechnology)网站。该研究由Hone小组中的博士后研究科学家Young Duck Kim、首尔大学(Seoul National University)研究团队与韩国标准与科学研究院(Korea Research Institute of Standards and Science，KRISS)主导。　　今年稍早，曼彻斯特大学(Manchester University)已发布以石墨烯为基础开发的灯泡，该灯泡是将基于长丝形的发光二极体(LED)涂覆在石墨烯上，而该大学也声称，此一可调灯光的LED灯泡可减少10%的耗电量。　　晶片上可见光的关键是开发完全整合“光子(Photonic)”电路，该电路用于灯泡时，可如同现阶段在半导体整合电路的电流。直到现在，研究人员尚未将白炽灯泡放在晶片上，这是因为点燃灯泡所需的温度，微型金属导线无法承受。　　石墨烯能达到的温度超过摄氏2,500度，不需要额外放大就可灼伤肉眼。研究人员也发现石墨烯在较高温度下，会变成较差的热导体，这意味着热量会在晶片的中心被限制为一个“热点”。一名研究人员指出，悬浮的石墨烯可被加热到太阳一半的温度，且可靠度比固定在固体基板上的石墨烯高1,000倍。　　发射光的光谱也可在特定波长时达到高峰，除此之外，干扰出现在从石墨烯到直接发射的光之间，且光反射结束在矽基板及回穿过石墨烯之处。　　Hone小组中的博士后研究科学家与共同研究者Young Duck Kim表示，因为石墨烯是透明的，所以上述的状况是唯一的可能。石墨烯不同于一般常规的灯丝，且让研究人员得以透过改变到基板的距离，调整发射光谱。　　研究人员也在研究利用他的技术在化学气相沉积(CVD)的石墨烯光发射器阵列上，并评估其效能与特性，藉以为可挠曲基板开发整合技术。　　本篇文章的石墨烯共同研究着还包括从韩国建国大学(Konkuk University)、西江大学(Sogang University)、世宗大学(Sejong University)、伊利诺大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)，以及史丹佛大学(Stanford University)的科学家。
&&&&&& 一群国家和国际级的研究人员已证明石墨烯(Graphene)可用于晶片上可见光源的灯丝。该团队将以石墨烯制成的小丝状物连接金属电极，并悬挂在基板上，再让电流通过石墨烯丝状物。　　“我们已开发出世界上最薄的灯泡!”纽约哥伦比亚大学(Columbia University)工程学院教授James Hone说，这种新型的“宽频”光发射器可以整合到晶片上，可为实现薄如原子、可挠曲及透明的显示器铺路，还能做到基于石墨烯的晶片上(On-chip)光通讯。　　以下的影片“从石墨烯点亮可见光(Bright Visible Light Emission from Graphene)”刊登在自然奈米技术(Nature Nanotechnology)网站。该研究由Hone小组中的博士后研究科学家Young Duck Kim、首尔大学(Seoul National University)研究团队与韩国标准与科学研究院(Korea Research Institute of Standards and Science，KRISS)主导。　　今年稍早，曼彻斯特大学(Manchester University)已发布以石墨烯为基础开发的灯泡，该灯泡是将基于长丝形的发光二极体(LED)涂覆在石墨烯上，而该大学也声称，此一可调灯光的LED灯泡可减少10%的耗电量。　　晶片上可见光的关键是开发完全整合“光子(Photonic)”电路，该电路用于灯泡时，可如同现阶段在半导体整合电路的电流。直到现在，研究人员尚未将白炽灯泡放在晶片上，这是因为点燃灯泡所需的温度，微型金属导线无法承受。　　石墨烯能达到的温度超过摄氏2,500度，不需要额外放大就可灼伤肉眼。研究人员也发现石墨烯在较高温度下，会变成较差的热导体，这意味着热量会在晶片的中心被限制为一个“热点”。一名研究人员指出，悬浮的石墨烯可被加热到太阳一半的温度，且可靠度比固定在固体基板上的石墨烯高1,000倍。　　发射光的光谱也可在特定波长时达到高峰，除此之外，干扰出现在从石墨烯到直接发射的光之间，且光反射结束在矽基板及回穿过石墨烯之处。　　Hone小组中的博士后研究科学家与共同研究者Young Duck Kim表示，因为石墨烯是透明的，所以上述的状况是唯一的可能。石墨烯不同于一般常规的灯丝，且让研究人员得以透过改变到基板的距离，调整发射光谱。　　研究人员也在研究利用他的技术在化学气相沉积(CVD)的石墨烯光发射器阵列上，并评估其效能与特性，藉以为可挠曲基板开发整合技术。　　本篇文章的石墨烯共同研究着还包括从韩国建国大学(Konkuk University)、西江大学(Sogang University)、世宗大学(Sejong University)、伊利诺大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)，以及史丹佛大学(Stanford University)的科学家。
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