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科學家們發(fā)現(xiàn)了一項新技術將能夠控制數(shù)百萬個自旋量子比特

2021-08-18 13:52:50 來源：科技日報

科學家們表示，他們已經(jīng)找到量子計算機體系結(jié)構(gòu)中“缺失的拼圖”。據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，澳大利亞新南威爾士大學研究人員表示，他們發(fā)現(xiàn)了一項新技術，將能夠控制數(shù)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(xiàn)實的主要障礙。

研究人員賈里德·普拉博士說，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(shù)百萬個量子比特——這是構(gòu)建全尺寸量子計算機的主要障礙。

普拉說：“一直以來，我們讓電流通過量子比特旁的導線產(chǎn)生的微波磁場來控制電子自旋量子比特。但磁場會隨著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(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，引入更多導線會在芯片內(nèi)部產(chǎn)生更多熱量，影響量子比特的可靠性。”

為解決這一問題，研究人員另辟蹊徑——他們研究了從芯片上方產(chǎn)生磁場的可行性。普拉說：“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(zhì)諧振器的晶體棱鏡，當微波被引導到諧振器中時，“電介質(zhì)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(zhuǎn)換為磁場，從而控制所有量子比特的自旋。這里有兩個關鍵創(chuàng)新：首先，不需要投入大量能量來獲得磁場，這意味著沒有太多熱量產(chǎn)生。其次，整個場非常均勻，數(shù)百萬個量子比特可被同等對待。”

隨后，研究團隊借助開發(fā)出的諧振器原型，驗證了最新想法，并取得了成功。普拉表示：“雖然制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(zhàn)，但我們現(xiàn)在有了控制它們的方法。”

據(jù)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。由于量子計算機能對異常復雜的系統(tǒng)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”。

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