陳根：最新技術，有望實現百萬比特控制量_風聞

文|陳根

在經典計算發展路徑之下，傳統硅基芯片作為最重要的硬件產品，面臨着晶體管直徑逼近物理極限的問題。基於此，量子計算的發展一直被寄予厚望。

然而，現階段的量子技術，受制於量子比特數目少、有效量子操作深度淺等問題。在“帶着鐐銬跳舞”的情況下，如何最大化利用量子資源，設計出搭載量子算法的、可編程的有實用價值的量子裝置，一直是該領域翹首以盼的事情。

近日，新南威爾士大學（UNSW）的研究人員通過在芯片中添加一組晶體稜鏡，使得量子計算可同時控制數百萬個量子比特，大大提高了其處理性能。

在硅量子處理器中，信息被編碼到電子的上下自旋中，分別代表“0”和“1”。而相關操作通過與量子比特一起運行的電線所產生的磁場調節來實現。截止目前，概念驗證用的量子計算芯片，已經演示了對數十個量子比特的控制方法。

但要實現真正強大的運算，至少需要數十萬、甚至數以百萬級的量子比特。然而存在的困境是，**電力佈線會佔用芯片中的寶貴空間，併產生過多的熱量。**因此，新南威爾士大學團隊通過添加晶體稜鏡的方法，使其能夠向大量量子比特傳遞電磁場。

該晶體稜鏡被稱作“介電諧振器”，位於硅芯片正上方，能夠將微波引導並聚焦到低於1毫米的波長，從而產生一個可用於控制下方量子比特自旋的磁場。所以其無需投入大量功率來為量子比特提供強大的驅動磁場，並且發熱量也不會太大。

此外，整個芯片的磁場十分均勻，就算規模達到百萬級的量子比特，也可使用相同的方案來實現控制。

在當前的實驗中，研究人員已能夠利用該磁場來翻轉單個量子比特的狀態。不過想要同時產生兩種狀態的疊加，需要進一步的研究。未來，該方案有望實現一次對 400 萬個量子比特的控制。

目前，相關研究成果《Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field》發表在Science Advances雜誌上。