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突破量子计算机瓶颈!超低温芯片能在接近绝对零度的温度下工作

olivia chan

如何克服量子计算机运转时产生的超高热量仍是量子计算机研究当中的一大难题。日前,科学家开发出一种新型的低温计算机芯片,能够在接近绝对零度的理论温度极限下工作。

这种名为Gooseberry的低温系统为量子计算领域的革命奠定了基础——使新一代机器能够以数千夸比特(即量子位元)或更多的量子进行计算。而当今最先进的设备仅由50个夸比特组成。该研究成果由来自悉尼大学和微软量子实验室的量子物理学家Daivd Reilly教授及团队于日前在线发表在Nature子刊Nature Electronics上,题为《A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits》(用于产生多量子控制信号的低温CMOS芯片)。

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目前世界上最大的量子计算机仅以50个左右的夸比特运行。这是因为夸比特需要极端水平的冷量来运作(除了其他可控条件),而当今量子计算机系统中使用的电气线路不可避免地输出少量但足够的热量,从而破坏了热要求。

科学家们正在研究如何绕过这一点。但迄今为止,许多量子创新都依赖于构筑庞大的布线装置,以保持温度稳定,从而可以不断增加的夸比特数。但这种解决方案有其自身的局限性。

解决这一瓶颈的方法可能是Gooseberry:正如论文中描述的那样,一种低温控制芯片可以在 “毫开尔文”温度下工作,温度仅比绝对零度高一小部分。

这种极端的热容量意味着它可以与夸比特一起坐在超冷的冷藏环境中,与它们进行互连,并将夸比特的信号传递给位于外面另一个浸泡在液氦中的极冷罐中的次级核心。

这样一来,它就去掉了所有多余的布线和它们产生的多余热量。这意味着当代量子计算中的夸比特瓶颈可能很快就会成为过去。

“该芯片是在这种温度下运行的最复杂的电子系统,”Reilly解释道,“这是第一次有10万个晶体管的混合信号芯片在0.1开尔文,相当于-459.49华氏度,或-273.05摄氏度的温度下工作。”

该团队预计,他们的超低温芯片最终可以控制数千个夸比特——大约比今天的可能性增加了20倍。在未来,这种方法将能把量子计算机的性能提升一大截。

该领域专家表示,虽然我们可能还需要一段时间才能看到这种科技在实验室外投入实际使用,但毫无疑问,我们正在目睹量子计算机的一大进步。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考信息:https://www.sciencealert.com/scientists-achieve-transformational-breakthrough-in-scaling-up-quantum-computers

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41928-020-00528-y


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