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量子计算机体系结构中“缺失的拼图”找到

2021-08-17 10:19:49 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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【中首图】量子计算机体系结构中“缺失的拼图”找到

  自旋量子比特设备被连接到集成电路上准备测量。图片来源:物理学家组织网

  科学家们表示,他们已经找到量子计算机体系结构中“缺失的拼图”。据物理学家组织网近日报道,澳大利亚新南威尔士大学研究人员表示,他们发现了一项新技术,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),消除了量子计算机从梦想照进现实的主要障碍。

  研究人员贾里德·普拉博士说,迄今为止,量子处理器原型机只能对少量量子比特进行控制,但要想用量子计算机解决实际问题,我们必须要能控制数百万个量子比特——这是构建全尺寸量子计算机的主要障碍。

  普拉说:“一直以来,我们让电流通过量子比特旁的导线产生的微波磁场来控制电子自旋量子比特。但磁场会随着距离的增加而迅速衰减,因此只能控制距离导线最近的量子比特,增加量子比特的数量就需要添加更多电线,这将占用芯片上的空间。此外,芯片必须在零下270摄氏度以下工作,引入更多导线会在芯片内部产生更多热量,影响量子比特的可靠性。”

  为解决这一问题,研究人员另辟蹊径——他们研究了从芯片上方产生磁场的可行性。普拉说:“从理论上来讲,这一方法可以同时控制400万个量子比特。”

  普拉团队在硅芯片正上方引入了名为介质谐振器的晶体棱镜,当微波被引导到谐振器中时,“电介质谐振器将波长缩小到一毫米以下,非常有效地将微波功率转换为磁场,从而控制所有量子比特的自旋。这里有两个关键创新:首先,不需要投入大量能量来获得磁场,这意味着没有太多热量产生。其次,整个场非常均匀,数百万个量子比特可被同等对待。”

  随后,研究团队借助开发出的谐振器原型,验证了最新想法,并取得了成功。普拉表示:“虽然制造出可运作百万量子比特的处理器还面临一些工程上的挑战,但我们现在有了控制它们的方法。”

  据悉,团队计划接下来使用这项新技术精简硅量子处理器的设计。由于量子计算机能对异常复杂的系统建模,有望在应对气候变化、药物和疫苗设计以及人工智能等领域“大显身手”。(刘霞)

  总编辑圈点

  长期以来,人们只能在量子位旁的电线上放置电流来传递微波磁场。为控制更多量子比特,就需要更多电线;更多电线,就要占用更多空间,产生更多热量。热量太多,就会提高芯片工作的温度,影响量子比特的可靠性。怎么破?科研人员的方法是彻底重构芯片结构,不是各个击破,而是整体控制,操纵所有量子位。想法早已有之,但近期,科研团队真正将介质谐振器和硅量子位结合,验证了这一想法。看,构建一台全尺度量子计算机的主要障碍有望被破除了!

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