全球首個(gè)低溫下可精準(zhǔn)控制“百萬(wàn)量級(jí)量子比特”芯片問(wèn)世，解決擴(kuò)展難題

澳大利亞悉尼大學(xué)與新南威爾士大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近期宣布在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破，他們開(kāi)發(fā)出一種在低溫下可精準(zhǔn)控制“百萬(wàn)量級(jí)量子比特”的芯片，相應(yīng)成果近日發(fā)表在《自然》期刊上。

研究團(tuán)隊(duì)表示，相應(yīng)芯片可在毫開(kāi)爾文溫度條件下控制自旋量子比特，這一溫度略高于絕對(duì)零度（IT之家注：-273.15℃），理論上是物質(zhì)完全靜止的極限，這是因?yàn)樽孕�量子比特必須�?1 開(kāi)爾文以下的極低溫度才能穩(wěn)定運(yùn)行，保持其量子信息。

不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)量子比特?cái)U(kuò)展應(yīng)用，還需設(shè)計(jì)一套集成電子系統(tǒng)來(lái)控制與讀取量子比特。而這又帶來(lái)一個(gè)重大難題，若控制電路距離過(guò)近，產(chǎn)生的熱量和電噪聲可能會(huì)干擾量子態(tài)的穩(wěn)定性。

為此，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)芯片進(jìn)行精密設(shè)計(jì)，避免了這種干擾情況。實(shí)驗(yàn)顯示，該芯片能實(shí)現(xiàn)對(duì)單比特和雙比特操作的高保真控制，幾乎無(wú)性能損失，且不會(huì)影響量子態(tài)的相干性。這意味著控制系統(tǒng)可與量子比特緊密集成，解決了長(zhǎng)期困擾量子計(jì)算擴(kuò)展的“干擾”和“發(fā)熱”難題。

研究人員援引測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為相應(yīng)芯片功耗極低，總體控制功率僅約 10 微瓦，其中模擬部分每兆赫僅耗電 20 納瓦，有望支持百萬(wàn)量級(jí)量子比特的擴(kuò)展。

相應(yīng)實(shí)驗(yàn)印證了科學(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)設(shè)想，即在一定的溫度環(huán)境下，復(fù)雜的電子系統(tǒng)也可與量子比特集成，實(shí)現(xiàn)精確控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只要控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得當(dāng)，即使量子比特與不到一毫米遠(yuǎn)的晶體管芯片共存，其量子態(tài)幾乎不會(huì)受到干擾。

研究人員認(rèn)為，該低溫電子平臺(tái)不僅可助力量子計(jì)算，還將在傳感系統(tǒng)和未來(lái)數(shù)據(jù)中心等多個(gè)領(lǐng)域釋放潛力。