來自悉尼新南威爾士大學的量子工程師消除了阻礙量子計算機成為現(xiàn)實的一個主要障礙：他們發(fā)現(xiàn)了一種新技術，他們說將能夠控制數(shù)百萬個自旋量子比特——硅量子處理器中的基本信息單元.
到目前為止，量子計算機工程師和科學家們通過展示僅對少數(shù)量子位的控制來研究量子處理器的概念驗證模型。
但是，通過今天發(fā)表在Science Advances上的最新研究，該團隊發(fā)現(xiàn)了他們認為量子計算機架構(gòu)中“缺失的拼圖”的東西，它應該能夠控制極其復雜的計算所需的數(shù)百萬個量子位。
新南威爾士大學電氣工程與電信學院的教員 Jarryd Pla 博士說，他的研究團隊想破解困擾量子計算機科學家數(shù)十年的問題：如何在不占用寶貴空間的情況下控制幾個，而是數(shù)百萬個量子位更多的布線，使用更多的電力，并產(chǎn)生更多的熱量。
“到目前為止，控制電子自旋量子位依賴于我們通過將電流通過量子位旁邊的電線來傳遞微波磁場，”普拉博士說。
“如果我們想要擴展到量子計算機解決全球重大問題(例如新疫苗的設計)所需的數(shù)百萬個量子位，這將帶來一些真正的挑戰(zhàn)。
“首先，磁場隨著距離的下降非常快，所以我們只能控制那些最靠近導線的量子位。這意味著隨著我們引入越來越多的量子比特，我們需要添加越來越多的電線，這將占用芯片上的大量空間。”
而且由于芯片必須在低于 -270°C 的冰冷溫度下運行，Pla 博士表示，引入更多的導線會在芯片中產(chǎn)生過多的熱量，從而干擾量子位的可靠性。
“所以我們回到只能用這種線技術控制幾個量子位，”普拉博士說。
燈泡時刻
這個問題的解決方案涉及對硅芯片結(jié)構(gòu)的完全重新構(gòu)想。
該團隊并沒有在同樣需要包含數(shù)百萬量子位的縮略圖大小的硅芯片上擁有數(shù)千條控制線，而是研究了從芯片上方產(chǎn)生磁場的可行性，該磁場可以同時操縱所有量子位。
這種同時控制所有量子位的想法最早是由量子計算科學家在 1990 年代提出的，但到目前為止，沒有人想出可行的方法來做到這一點——直到現(xiàn)在。
“首先，我們移除了量子位旁邊的電線，然后想出了一種在整個系統(tǒng)中傳遞微波頻率磁控制場的新方法。因此，原則上，我們可以提供多達 400 萬個量子位的控制場，”普拉博士說。
Pla 博士和團隊直接在硅芯片上方引入了一個新組件——稱為介電諧振器的晶體棱鏡。當微波進入諧振器時，它會將微波的波長聚焦到更小的尺寸。
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