量子计算机最终可以解决当今难以或不可能解决的某些问题，即使对于最强大的高性能计算机也是如此。在此之前，科学家和工程师必须克服与技术稳定性和可扩展性相关的重大挑战。根据美国能源部的一项新奖项，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和阿贡国家实验室的一组研究人员将寻求一个有希望的途径：使用磁性材料来减轻影响性能的“噪音”。量子计算硬件。
量子计算硬件目前有不同的风格，从带电原子到轻粒子再到带有超导线的芯片。在最后一种情况下，量子处理芯片位于温度接近绝对零(-273 摄氏度)的特殊冰箱中。极端环境冻结了侵蚀量子功能的热量。然而，即使在这样的温度下，计算和数据传输仍然会出现不必要的中断。例如，热噪声可以通过进入冰箱的电线潜入，以控制计算机并提取数据。问题是，如何减轻这种噪音的影响?
UIUC 和 Argonne 研究人员将尝试的第一种方法是为进出冰箱的信号设计一条单向路径，从而降低热量进入的可能性。这种非互易电路已经存在，但是团队希望以一种新颖的方式将此功能集成到芯片上：利用磁性功能。
“磁铁具有内在的非互易性，这意味着你可以将一侧与另一侧隔离，”UIUC材料科学与工程系工程创始教授、材料科学实验室研究员Axel Hoffmann说。“我们的目标是创造一种方法，将磁振子 [即磁效应] 与微波光子的激发或光激发 [这是通常用于量子信息的其他信号] 混合，以创建一种在低电压下工作的设备温度并降低噪音。”
该团队的首要任务之一是确定在低温下工作的磁铁。研究人员将探索已知材料和新材料，以寻找能够应对极端寒冷环境并与片上量子操作兼容的候选材料。
“这不是小事，”霍夫曼说。“许多磁铁在室温下与微波(即对这些设备至关重要的微波信号)配合良好。我们需要在低得多的温度下也能很好地工作的材料，这可能会完全改变它们的特性。”
这个为期 3 年、耗资 420 万美元的项目还将探索使用磁性材料作为将信号从一种频率转换为另一种频率同时保留量子信息的介质。如果研究人员成功地创建了小规模的混合设备，这项工作也可以应用于非量子设备的传感和通信，例如 Wi-Fi 或蓝牙技术。
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