量子計(jì)算機(jī)最終可以解決當(dāng)今難以或不可能解決的某些問題，即使對于最強(qiáng)大的高性能計(jì)算機(jī)也是如此。在此之前，科學(xué)家和工程師必須克服與技術(shù)穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性相關(guān)的重大挑戰(zhàn)。根據(jù)美國能源部的一項(xiàng)新獎項(xiàng)，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的一組研究人員將尋求一個(gè)有希望的途徑：使用磁性材料來減輕影響性能的“噪音”。量子計(jì)算硬件。
量子計(jì)算硬件目前有不同的風(fēng)格，從帶電原子到輕粒子再到帶有超導(dǎo)線的芯片。在最后一種情況下，量子處理芯片位于溫度接近絕對零(-273 攝氏度)的特殊冰箱中。極端環(huán)境凍結(jié)了侵蝕量子功能的熱量。然而，即使在這樣的溫度下，計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸仍然會出現(xiàn)不必要的中斷。例如，熱噪聲可以通過進(jìn)入冰箱的電線潛入，以控制計(jì)算機(jī)并提取數(shù)據(jù)。問題是，如何減輕這種噪音的影響?
UIUC 和 Argonne 研究人員將嘗試的第一種方法是為進(jìn)出冰箱的信號設(shè)計(jì)一條單向路徑，從而降低熱量進(jìn)入的可能性。這種非互易電路已經(jīng)存在，但是團(tuán)隊(duì)希望以一種新穎的方式將此功能集成到芯片上：利用磁性功能。
“磁鐵具有內(nèi)在的非互易性，這意味著你可以將一側(cè)與另一側(cè)隔離，”UIUC材料科學(xué)與工程系工程創(chuàng)始教授、材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員Axel Hoffmann說。“我們的目標(biāo)是創(chuàng)造一種方法，將磁振子 [即磁效應(yīng)] 與微波光子的激發(fā)或光激發(fā) [這是通常用于量子信息的其他信號] 混合，以創(chuàng)建一種在低電壓下工作的設(shè)備溫度并降低噪音。”
該團(tuán)隊(duì)的首要任務(wù)之一是確定在低溫下工作的磁鐵。研究人員將探索已知材料和新材料，以尋找能夠應(yīng)對極端寒冷環(huán)境并與片上量子操作兼容的候選材料。
“這不是小事，”霍夫曼說。“許多磁鐵在室溫下與微波(即對這些設(shè)備至關(guān)重要的微波信號)配合良好。我們需要在低得多的溫度下也能很好地工作的材料，這可能會完全改變它們的特性。”
這個(gè)為期 3 年、耗資 420 萬美元的項(xiàng)目還將探索使用磁性材料作為將信號從一種頻率轉(zhuǎn)換為另一種頻率同時(shí)保留量子信息的介質(zhì)。如果研究人員成功地創(chuàng)建了小規(guī)模的混合設(shè)備，這項(xiàng)工作也可以應(yīng)用于非量子設(shè)備的傳感和通信，例如 Wi-Fi 或藍(lán)牙技術(shù)。
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