量子計算機體系結構中“缺失的拼圖”找到

科技日報北京8月16日電 （記者劉霞）科學家們表示，他們已經找到量子計算機體系結構中“缺失的拼圖”。據物理學家組織網近日報道，澳大利亞新南威爾士大學研究人員表示，他們發現了一項新技術，將能夠控制數百萬個自旋量子比特（硅量子處理器中的基本信息單元），消除了量子計算機從夢想照進現實的主要障礙。

研究人員賈裏德·普拉博士説，迄今為止，量子處理器原型機只能對少量量子比特進行控制，但要想用量子計算機解決實際問題，我們必須要能控制數百萬個量子比特——這是構建全尺寸量子計算機的主要障礙。

普拉説：“一直以來，我們讓電流通過量子比特旁的導線產生的微波磁場來控制電子自旋量子比特。但磁場會隨着距離的增加而迅速衰減，因此只能控制距離導線最近的量子比特，增加量子比特的數量就需要添加更多電線，這將佔用芯片上的空間。此外，芯片必須在零下270攝氏度以下工作，引入更多導線會在芯片內部產生更多熱量，影響量子比特的可靠性。”

為解決這一問題，研究人員另闢蹊徑——他們研究了從芯片上方產生磁場的可行性。普拉説：“從理論上來講，這一方法可以同時控制400萬個量子比特。”

普拉團隊在硅芯片正上方引入了名為介質諧振器的晶體稜鏡，當微波被引導到諧振器中時，“電介質諧振器將波長縮小到一毫米以下，非常有效地將微波功率轉換為磁場，從而控制所有量子比特的自旋。這裏有兩個關鍵創新：首先，不需要投入大量能量來獲得磁場，這意味着沒有太多熱量產生。其次，整個場非常均勻，數百萬個量子比特可被同等對待。”

隨後，研究團隊藉助開發出的諧振器原型，驗證了最新想法，並取得了成功。普拉表示：“雖然製造出可運作百萬量子比特的處理器還面臨一些工程上的挑戰，但我們現在有了控制它們的方法。”

據悉，團隊計劃接下來使用這項新技術精簡硅量子處理器的設計。由於量子計算機能對異常複雜的系統建模，有望在應對氣候變化、藥物和疫苗設計以及人工智能等領域“大顯身手”。

總編輯圈點

長期以來，人們只能在量子位旁的電線上放置電流來傳遞微波磁場。為控制更多量子比特，就需要更多電線；更多電線，就要佔用更多空間，產生更多熱量。熱量太多，就會提高芯片工作的温度，影響量子比特的可靠性。怎麼破？科研人員的方法是徹底重構芯片結構，不是各個擊破，而是整體控制，操縱所有量子位。想法早已有之，但近期，科研團隊真正將介質諧振器和硅量子位結合，驗證了這一想法。看，構建一台全尺度量子計算機的主要障礙有望被破除了！