控制量子計算的新超冷微波源研發成功

科技日報訊 （記者張夢然）據《自然·電子學》10日發表的一項研究，芬蘭研究人員開發了一種電路，可以在接近絕對零度的温度下產生控制量子計算機所需的高質量微波信號。這是將控制系統移近量子處理器的關鍵一步，或大大增加處理器中的量子比特數。

限制量子計算機大小的因素之一是用於控制量子處理器中量子位的機制。這通常使用一系列微波脈衝來實現，並且由於量子處理器在接近絕對零度的温度下運行，因此控制脈衝通常通過室温下的寬帶電纜進入冷卻環境。

隨着量子比特數量的增加，所需電纜的數量也在增加。這限制了量子處理器的潛在尺寸，因為冷卻量子位的冰箱必須變得更大，以容納越來越多的電纜，同時還要竭力冷卻它們。

芬蘭阿爾託大學和芬蘭國家技術研究中心（VTT）領導的一個聯合研究團隊開發出解決這一難題的關鍵組件。

新的微波源是一種可與量子處理器集成的設備，尺寸不到一毫米，不需要連接不同温度的高頻控制電纜。使用這種低功耗、低温微波源，就可使用更小的低温恆温器，同時仍然增加處理器中的量子位數量。

領導該團隊的阿爾託大學教授米高·莫拓恩表示，新設備產生的功率是以前版本的100倍，足以控制量子位並執行量子邏輯運算。它產生一個非常精確的正弦波，每秒振盪超過十億次。因此，來自微波源的量子位錯誤很少發生，這在實現精確的量子邏輯運算時很重要。

由該設備生產的連續波微波源並不能按原樣用於控制量子位，必須將微波整形為脈衝。該團隊目前正在開發快速打開和關閉微波源的方法。即使沒有產生脈衝的開關解決方案，高效、低噪聲、低温的微波源也可用於一系列量子技術，例如量子傳感器。

莫拓恩稱，除了量子計算機和傳感器，微波源還可作為其他電子設備的時鐘。它可讓不同的設備保持相同的節奏，使它們能夠在所需的瞬間對幾個不同的量子位進行操作。