量子計算機體系結構中“缺失的拼圖”找到

  ICC訊 科學(xué)家們表示，他們已經(jīng)找到量子計算機體系結構中“缺失的拼圖”。據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究人員表示，他們發(fā)現了一項新技術(shù)，將能夠控制數百萬(wàn)個(gè)自旋量子比特（硅量子處理器中的基本信息單元），消除了量子計算機從夢(mèng)想照進(jìn)現實(shí)的主要障礙。

  研究人員賈里德·普拉博士說(shuō)，迄今為止，量子處理器原型機只能對少量量子比特進(jìn)行控制，但要想用量子計算機解決實(shí)際問(wèn)題，我們必須要能控制數百萬(wàn)個(gè)量子比特——這是構建全尺寸量子計算機的主要障礙。

  普拉說(shuō)：“一直以來(lái)，我們讓電流通過(guò)量子比特旁的導線(xiàn)產(chǎn)生的微波磁場(chǎng)來(lái)控制電子自旋量子比特。但磁場(chǎng)會(huì )隨著(zhù)距離的增加而迅速衰減，因此只能控制距離導線(xiàn)最近的量子比特，增加量子比特的數量就需要添加更多電線(xiàn)，這將占用芯片上的空間。此外，芯片必須在零下270攝氏度以下工作，引入更多導線(xiàn)會(huì )在芯片內部產(chǎn)生更多熱量，影響量子比特的可靠性?！?

  為解決這一問(wèn)題，研究人員另辟蹊徑——他們研究了從芯片上方產(chǎn)生磁場(chǎng)的可行性。普拉說(shuō)：“從理論上來(lái)講，這一方法可以同時(shí)控制400萬(wàn)個(gè)量子比特?！?

  普拉團隊在硅芯片正上方引入了名為介質(zhì)諧振器的晶體棱鏡，當微波被引導到諧振器中時(shí)，“電介質(zhì)諧振器將波長(cháng)縮小到一毫米以下，非常有效地將微波功率轉換為磁場(chǎng)，從而控制所有量子比特的自旋。這里有兩個(gè)關(guān)鍵創(chuàng )新：首先，不需要投入大量能量來(lái)獲得磁場(chǎng)，這意味著(zhù)沒(méi)有太多熱量產(chǎn)生。其次，整個(gè)場(chǎng)非常均勻，數百萬(wàn)個(gè)量子比特可被同等對待?！?

  隨后，研究團隊借助開(kāi)發(fā)出的諧振器原型，驗證了最新想法，并取得了成功。普拉表示：“雖然制造出可運作百萬(wàn)量子比特的處理器還面臨一些工程上的挑戰，但我們現在有了控制它們的方法?！?

  據悉，團隊計劃接下來(lái)使用這項新技術(shù)精簡(jiǎn)硅量子處理器的設計。由于量子計算機能對異常復雜的系統建模，有望在應對氣候變化、藥物和疫苗設計以及人工智能等領(lǐng)域“大顯身手”。

  總編輯圈點(diǎn)

  長(cháng)期以來(lái)，人們只能在量子位旁的電線(xiàn)上放置電流來(lái)傳遞微波磁場(chǎng)。為控制更多量子比特，就需要更多電線(xiàn)；更多電線(xiàn)，就要占用更多空間，產(chǎn)生更多熱量。熱量太多，就會(huì )提高芯片工作的溫度，影響量子比特的可靠性。怎么破？科研人員的方法是徹底重構芯片結構，不是各個(gè)擊破，而是整體控制，操縱所有量子位。想法早已有之，但近期，科研團隊真正將介質(zhì)諧振器和硅量子位結合，驗證了這一想法?？?，構建一臺全尺度量子計算機的主要障礙有望被破除了！