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科學(xué)家們發(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

2021-08-18 13:52:50 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

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”。

標(biāo)簽：自旋量子比特量子計(jì)算機(jī) 物理學(xué)家量子處理器