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工程师在量子计算机设计方面取得了重大进展

来自悉尼新南威尔士大学的量子工程师消除了阻碍量子计算机成为现实的一个主要障碍:他们发现了一种新技术,他们说将能够控制数百万个自旋量子比特——硅量子处理器中的基本信息单元.

到目前为止,量子计算机工程师和科学家们通过展示仅对少数量子位的控制来研究量子处理器的概念验证模型。

但是,通过今天发表在Science Advances上的最新研究,该团队发现了他们认为量子计算机架构中“缺失的拼图”的东西,它应该能够控制极其复杂的计算所需的数百万个量子位。

新南威尔士大学电气工程与电信学院的教员 Jarryd Pla 博士说,他的研究团队想破解困扰量子计算机科学家数十年的问题:如何在不占用宝贵空间的情况下控制几个,而是数百万个量子位更多的布线,使用更多的电力,并产生更多的热量。

“到目前为止,控制电子自旋量子位依赖于我们通过将电流通过量子位旁边的电线来传递微波磁场,”普拉博士说。

“如果我们想要扩展到量子计算机解决全球重大问题(例如新疫苗的设计)所需的数百万个量子位,这将带来一些真正的挑战。

“首先,磁场随着距离的下降非常快,所以我们只能控制那些最靠近导线的量子位。这意味着随着我们引入越来越多的量子比特,我们需要添加越来越多的电线,这将占用芯片上的大量空间。”

而且由于芯片必须在低于 -270°C 的冰冷温度下运行,Pla 博士表示,引入更多的导线会在芯片中产生过多的热量,从而干扰量子位的可靠性。

“所以我们回到只能用这种线技术控制几个量子位,”普拉博士说。

灯泡时刻

这个问题的解决方案涉及对硅芯片结构的完全重新构想。

该团队并没有在同样需要包含数百万量子位的缩略图大小的硅芯片上拥有数千条控制线,而是研究了从芯片上方产生磁场的可行性,该磁场可以同时操纵所有量子位。

这种同时控制所有量子位的想法最早是由量子计算科学家在 1990 年代提出的,但到目前为止,没有人想出可行的方法来做到这一点——直到现在。

“首先,我们移除了量子位旁边的电线,然后想出了一种在整个系统中传递微波频率磁控制场的新方法。因此,原则上,我们可以提供多达 400 万个量子位的控制场,”普拉博士说。

Pla 博士和团队直接在硅芯片上方引入了一个新组件——称为介电谐振器的晶体棱镜。当微波进入谐振器时,它会将微波的波长聚焦到更小的尺寸。

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