ICC訊 科學(xué)家們表示,他們已經(jīng)找到量子計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中“缺失的拼圖”。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究人員表示,他們發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)新技術(shù),將能夠控制數(shù)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(jì)算機(jī)從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)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(jī)只能對(duì)少量量子比特進(jìn)行控制,但要想用量子計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題,我們必須要能控制數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特——這是構(gòu)建全尺寸量子計(jì)算機(jī)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(dǎo)線產(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)隨著距離的增加而迅速衰減,因此只能控制距離導(dǎo)線最近的量子比特,增加量子比特的數(shù)量就需要添加更多電線,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(dǎo)線會(huì)在芯片內(nèi)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(tuán)隊(duì)在硅芯片正上方引入了名為介質(zhì)諧振器的晶體棱鏡,當(dāng)微波被引導(dǎo)到諧振器中時(shí),“電介質(zhì)諧振器將波長(zhǎng)縮小到一毫米以下,非常有效地將微波功率轉(zhuǎn)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),這意味著沒(méi)有太多熱量產(chǎn)生。其次,整個(gè)場(chǎng)非常均勻,數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特可被同等對(duì)待。”
隨后,研究團(tuán)隊(duì)借助開(kāi)發(fā)出的諧振器原型,驗(yàn)證了最新想法,并取得了成功。普拉表示:“雖然制造出可運(yùn)作百萬(wàn)量子比特的處理器還面臨一些工程上的挑戰(zhàn),但我們現(xiàn)在有了控制它們的方法?!?
據(jù)悉,團(tuán)隊(duì)計(jì)劃接下來(lái)使用這項(xiàng)新技術(shù)精簡(jiǎn)硅量子處理器的設(shè)計(jì)。由于量子計(jì)算機(jī)能對(duì)異常復(fù)雜的系統(tǒng)建模,有望在應(yīng)對(duì)氣候變化、藥物和疫苗設(shè)計(jì)以及人工智能等領(lǐng)域“大顯身手”。
總編輯圈點(diǎn)
長(zhǎng)期以來(lái),人們只能在量子位旁的電線上放置電流來(lái)傳遞微波磁場(chǎng)。為控制更多量子比特,就需要更多電線;更多電線,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(gòu)芯片結(jié)構(gòu),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(tuán)隊(duì)真正將介質(zhì)諧振器和硅量子位結(jié)合,驗(yàn)證了這一想法???,構(gòu)建一臺(tái)全尺度量子計(jì)算機(jī)的主要障礙有望被破除了!