工程师在量子计算机设计方面取得重大进展

　　旋转量子位设备连接到电路板，为测量做准备
　　来自悉尼新南新南新系的量子工程师已经消除了阻碍量子计算机成为现实的主要障碍。他们发现了一项新技术，他们说，将有能力控制数百万自旋量子位在硅量子处理器的基本信息单位。
　　到目前为止，量子计算机工程师和科学家已经通过演示仅对少数量子位的控制，与量子处理器的概念验证模型合作。
　　但是，通过今天发表在《科学进展》杂志上的最新研究，研究小组发现了他们认为量子计算机结构中缺少的拼图部分，这种拼图应该能够控制异常复杂的计算所需的数百万个量子位。
　　新苏维新大学电气工程和电信学院的教职员工JarrydPla博士说，他的研究小组希望破解几十年来困扰量子计算机科学家的问题，即如何控制不仅少数，而且控制数百万个量子位，而不占用宝贵的空间，使用更多的电力和产生更多的热量。
　　Pla博士说：在此之前，控制电子自旋量子位依赖于我们通过在量子位旁边的电线上放置电流来传递微波磁场。
　　如果我们想要扩展至量子计算机解决全球重大问题（如新疫苗的设计）所需的数百万个量子位，这就带来了一些真正的挑战。
　　首先，磁场会随着距离而迅速下降，因此我们只能控制离线最近的量子位。这意味着，随着我们引入越来越多的量子位，我们需要添加越来越多的线，这将占据芯片上的大量房地产。
　　由于芯片必须在零下270C的严寒下工作，Pla博士说，引入更多的电线会在芯片中产生太多的热量，从而干扰量子位的可靠性。
　　Pla博士说：因此，我们回到只能用这种线技术控制几个量子位。
　　灯泡时刻
　　解决这个问题的办法包括彻底重新构想硅芯片结构。
　　研究小组没有在同一缩略图大小的硅芯片上架上数千根控制线，这些线也需要包含数百万个量子位，而是研究了从芯片上方产生磁场的可行性，该磁场可以同时操纵所有量子位。
　　早在20世纪90年代，量子计算科学家就提出了同时控制所有量子位的想法，但到目前为止，还没有人想出一个实际的方法来做到这一点。
　　首先，我们拆除了量子位旁边的电线，然后想出了一种新方法，在整个系统中提供微波频率磁控场。因此，原则上，我们可以将控制场交付至多达400万qubit，Pla博士说。
　　Pla博士和团队在硅芯片正上方引入了一种称为介电谐振器的晶体棱镜。当微波定向到谐振器时，它把微波的波长聚焦到小得多的大小。
　　介电谐振器将波长缩小到一毫米以下，因此我们现在有一个非常有效的微波功率转换到磁场，控制所有量子位的自旋。
　　这里有两个关键的创新。首先，我们不必投入大量的力量来获得一个强大的驱动场的量位，这关键意味着我们不产生太多的热量。第二，整个芯片的字段非常均匀，因此数百万qubit都体验到相同的控制水平。
　　量子团队
　　虽然Pla博士和他的团队已经开发出了原型谐振器技术，但他们没有硅量子位来测试它。因此，他与新近科技大学的工程同事安德鲁祖拉克教授进行了交谈，他的团队在过去十年中首次和最准确地展示了使用用于制造传统计算机芯片的硅制造技术的量子逻辑。
　　Dzurak教授说：当贾里德带着他的新想法来找我时，我完全被吹走了。
　　我们把两个最好的博士生放在这个项目上，我的团队的恩萨尔瓦哈波格鲁和贾里德的詹姆斯斯莱克史密斯。
　　当实验证明成功时，我们欣喜若狂。长期以来，如何控制数百万个量子位的问题一直困扰着我，因为它是构建一台全尺度量子计算机的主要障碍。
　　量子计算机曾经只是在20世纪80年代梦寐以求的，现在可能还不到十年。除此之外，由于他们能够模拟极其复杂的系统，预计它们将带来新的火力来应对全球挑战和开发新技术。
　　气候变化、药物和疫苗设计、代码解密和人工智能都受益于量子计算技术。
　　展望未来
　　接下来，该团队计划利用这项新技术简化近期硅量子处理器的设计。
　　拆下芯片上的控制线可以腾出空间，用于构建量子处理器所需的其他所有子位和所有其他电子元件。它使下一步生产几十个量位的设备的任务更加简单，Dzurak教授说。
　　Pla博士说：虽然在处理器中需要解决一些工程挑战，但我们现在有办法控制它们，这令我们感到兴奋。