低溫技術(shù)改善量子芯片性能
低溫技術(shù)改善量子芯片性能
來源：參考消息網(wǎng)
參考消息網(wǎng)6月29日報道 美國趣味科學(xué)網(wǎng)站6月25日刊登題為《低溫技術(shù)取得突破后，單個量子處理器容納數(shù)百萬個量子比特現(xiàn)已成為可能》的文章，作者是歐文·休斯，內(nèi)容編譯如下：
科學(xué)家開發(fā)出一種新型計算機(jī)芯片，移除了實用量子計算機(jī)發(fā)展道路上的一個主要障礙，從而首次使數(shù)百萬量子比特及其控制系統(tǒng)處于同一設(shè)備上成為可能。
新的控制芯片在接近絕對零度(即零下273.15攝氏度)的低溫下工作，關(guān)鍵是，它可以被設(shè)置在接近量子比特的地方，而不會破壞它們的量子態(tài)。
這項研究的首席研究者、悉尼大學(xué)納米研究所和物理學(xué)院教授戴維·萊利在聲明中說：“這一成果經(jīng)過十多年的努力，積累起了設(shè)計這種電子系統(tǒng)的技術(shù)，這些系統(tǒng)耗電量極小，在接近絕對零度的溫度下工作?！?/span>
科學(xué)家們將這一成果描述為將量子和經(jīng)典元件集成在同一芯片上的“重要原理驗證”——這是向使量子計算成為現(xiàn)實所需的實用和可規(guī)?；\行的處理器邁出的重要一步。研究人員6月25日在英國《自然》周刊上發(fā)表了他們的研究成果。
量子比特相當(dāng)于在當(dāng)今的經(jīng)典計算機(jī)中發(fā)現(xiàn)的二進(jìn)制比特的量子版本。經(jīng)典比特可以代表0或1，量子比特卻能夠以0和1兩種狀態(tài)“疊加”的形式存在。這使得量子計算機(jī)能夠并列執(zhí)行多個運算，使它們能夠解決遠(yuǎn)超當(dāng)今計算機(jī)能力的問題。
自旋量子比特是一種利用電子的自旋狀態(tài)進(jìn)行信息編碼的量子比特，它之所以能引起科學(xué)家的興趣，是因為它可以使用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)來構(gòu)建。
這與制造現(xiàn)代智能手機(jī)和個人電腦內(nèi)置芯片的過程相同。從理論上講，這使得自旋量子比特更容易規(guī)?；\行，因為可以使用常規(guī)的制造方法。
其他量子計算機(jī)則使用不同類型的量子比特，包括超導(dǎo)、光子或離子阱量子比特。但與這些類型的量子比特不同，自旋量子比特可以使用現(xiàn)有設(shè)備大規(guī)模制造。
然而，自旋量子比特需要保存在低于1開爾文(略高于絕對零度)的溫度下才能保持“相干”。這是量子比特隨著時間的推移保持疊加和糾纏的能力，也是釋放使量子計算前景如此光明的并行處理能力所需要的。自旋量子比特還需要電子設(shè)備測量和控制它們的活動。
長期以來，對控制和測量自旋量子比特所需的電子設(shè)備進(jìn)行集成一直是個挑戰(zhàn)，因為即使是很少的熱量或電子干擾也會破壞量子比特脆弱的量子態(tài)。
但是，這種新的定制CMOS芯片被設(shè)計為在低溫環(huán)境和超低功耗水平下工作。這意味著，它可以與量子比特一起集成到芯片上，而不會引入熱噪聲或電噪聲，否則那些噪聲會干擾相干性。
在測試中，研究人員將控制芯片置于距離量子比特不到1毫米的地方，然后進(jìn)行單量子位門和雙量子位門操作。研究人員稱，控制芯片沒有產(chǎn)生可測量的電噪聲，也沒有導(dǎo)致精度、穩(wěn)定性或相干性下降。此外，這款控制芯片能耗很低。
萊利說：“這證實了以下預(yù)期，即量子比特確實可以在低溫下被規(guī)?；刂?。”
他補(bǔ)充說：“這將把我們從量子計算機(jī)是迷人的實驗室機(jī)器的認(rèn)知階段帶到我們可以開始發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備能夠為人類解決現(xiàn)實世界問題的階段。”
“從近期的傳感系統(tǒng)到未來的數(shù)據(jù)中心，我們認(rèn)為這項技術(shù)將有更多不同的用途。”
這些發(fā)現(xiàn)可能會促使更多研究人員探索自旋量子比特的能力。
芯片設(shè)計者、新興量子公司高級硬件工程師兼悉尼大學(xué)研究人員庫沙爾·達(dá)斯在聲明中說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)證明，毫開爾文控制不會降低單量子位門和雙量子位門的性能。我們預(yù)計后續(xù)會有很多人跟進(jìn)?！?/span>
達(dá)斯說：“對我們而言，這很幸運，因為這并不是十分容易的事情，而是需要多年時間才能積累起專業(yè)知識和技能，以設(shè)計出只需要少量電力的低噪聲低溫電子設(shè)備。”（編譯/馮雪）
