用于量子计算机的CMOS控制器以3K运行

　　冷运行：用于安装和热化低温控制器的机柜（不带盖）的俯视图。
　　荷兰研究人员日前公布了一种可以在低温下控制自旋量子比特(qubits)的电子设备。该控制器可以帮助缓解＂布线瓶颈＂，这种瓶颈威胁着集成大量量子位的量子计算机的发展。
　　研究人员正在使用几种不同的技术开发量子计算机，目前尚不清楚当前的哪种技术(如果有的话)将导致低成本、可扩展设备的诞生。大多数竞争设计都在设备温度方面提出了重大挑战。这是因为量子计算设备通常在低温下运行，这使得它们比用于连接量子设备的电线和其他传统电子设备要冷得多。这种剧烈的温度错配会阻碍量子器件的设计和运行。
　　现在，代尔夫特理工大学(TU Delft)的科学家们与英特尔公司(Intel)合作，通过展示一种量子芯片可以在低温下由电子设备控制，从而解决了这个问题。他们在《自然》杂志上撰文称，他们的名为＂马岭＂(Horse Ridge)的低温控制器在硅量子芯片上的操作与更标准、现成的室温电子产品一样成功。
　　＂我们现在制造量子芯片的方法是在室温下用一条单线将每个量子位(量子位)连接到仪器上，＂代尔夫特理工大学的物理学家利芬·范德西彭(Lieven Vandersypen)说，他参与了这项研究。他解释说，这种方法在未来将不实用，因为物理学家试图一次连接数千或数百万量子位元来执行复杂的计算。他说:＂在这一点上，用一条线连接每个量子位元的解决方案不再可行。＂他的团队一直致力于使电子在位置和温度方面更接近量子位，以避免这个问题。 连接数百万量子位元
　　＂将量子位和电子学集成在一起的问题是一个热问题，实际上是一个低温恒温器的问题，＂没有参与这项研究的多伦多大学工程师Sorin Voinigescu表示赞同。他指出，像Horse Ridge这样的微波控制器的工作原理就像手机收发器一样，只是在低温下操作更加困难。Voinigescu说，在未来，为了控制数以百万计的量子位元，科学家们将不得不把数以万计的收发器装在一个很小的包裹里，放在他们旁边的一个低温恒温器里。这项新研究可能是迎接这一挑战的一步。
　　在他们的实验中，该团队使用Horse Ridge控制一对自旋量子位，这对量子位被限制在一种被称为双量子点的纳米尺度硅系统中。低温控制器应用预先设定好的微波辐射短脉冲来操纵自旋，或者，等价地，用它们组成的量子位来执行计算。一般来说，这种微波爆发来自于通过同轴传输线连接到量子位芯片的室温电子器件。另一方面，Horse Ridge公司在较低的3 K温度下运送它们，且不牺牲任何质量。
　　Vandersypen注意到，在他们的装置中，研究人员可以在室温电子和低温控制器之间切换引导量子位。他们发现两种情况下的控制保真度基本相同，都是很有希望的99.7%。换句话说，Horse Ridge对量子位的控制几乎是100%可靠的。 历史悠久的技术
　　低温控制器是基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术，这是一个长期建立的技术，代尔夫特理工大学团队成员Edoardo Charbon说。将60年的CMOS经验与量子位结合起来是一个成功的团队，＂他强调说。
　　除了在几个开尔文温度下平稳运行之外，CMOS组件可以相对容易地小型化并与量子芯片集成，据Charbon说。此外，Horse Ridge可以被编程来执行量子位的不同操作集。＂多功能性通常伴随着设备复杂性、尺寸或体积的代价。＂查本说:＂在我们的情况下，它是集成的，它已经在那里了，你所要做的就是对它进行不同的编程。＂Voinigescu还指出了Horse Ridge的复杂性，以及它比过去实验中测试的低温控制器简单运行更多算法的能力。
　　Vandersypen希望多功能性、高可靠性和相对直接的集成CMOS技术(如Horse Ridge)可以帮助硅基量子位在量子计算机设计竞赛中取得进步。与此同时，尽管Horse Ridge比任何室温电线都要冷得多，它仍然没有它所控制的量子位那么冷carbon说它的温度还可以再降低一点，但要完全掌握把控制器和不断增加的量子位放入同一装置中，他的合作者还必须设计出温度更高的量子芯片。他为他们未来的工作设定了一个雄心勃勃的目标:＂也许有一天，这两个温度将是一样的。＂
　　这项研究发表在《自然》杂志上。