（文章來(lái)源：教育新聞網(wǎng)）

世界各地正在開發(fā)的大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)只能在絕對(duì)零以上的幾分之一度內(nèi)工作。這需要數(shù)百萬(wàn)美元的制冷，一旦將它們插入傳統(tǒng)的電子電路，它們就會(huì)立即過(guò)熱。但是現(xiàn)在，悉尼新南威爾士大學(xué)的安德魯·德祖拉克(Andrew Dzurak)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。

Dzurak教授說(shuō)：“我們的新結(jié)果為從實(shí)驗(yàn)設(shè)備到可負(fù)擔(dān)的量子計(jì)算機(jī)開辟了一條道路，可用于現(xiàn)實(shí)世界的商業(yè)和政府應(yīng)用。”研究人員在硅芯片上進(jìn)行概念驗(yàn)證的量子處理器單位單元的工作溫度為1.5開爾文(Kelvin)，比Google，IBM等使用超導(dǎo)量子位的主要競(jìng)爭(zhēng)芯片技術(shù)高15倍。

Dzurak解釋說(shuō)：“這仍然很冷，但僅用幾千美元的制冷量就可以達(dá)到這個(gè)溫度，而不是將芯片冷卻到0.1開爾文所需的數(shù)百萬(wàn)美元。”“盡管使用我們?nèi)粘５臏囟雀拍詈茈y理解，但這種增加在量子世界中是極端的。”

從精密的藥物制造到搜索算法，在許多重要問(wèn)題上，量子計(jì)算機(jī)都有望勝過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。然而，設(shè)計(jì)一種可以在實(shí)際環(huán)境中制造和運(yùn)行的設(shè)備是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。新南威爾士大學(xué)的研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)克服了阻礙量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)的最艱巨的障礙之一。

在今天《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中，Dzurak的團(tuán)隊(duì)與加拿大，芬蘭和日本的合作者一起報(bào)告了一種概念驗(yàn)證的量子處理器單元，該單元與全球正在探索的大多數(shù)設(shè)計(jì)不同，不需要在溫度低于開爾文的十分之一。

Dzurak小組于去年2月通過(guò)學(xué)術(shù)預(yù)印本檔案首次宣布了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然后，在2019年10月，由Dzurak小組的前博士后研究員Menno Veldhorst領(lǐng)導(dǎo)的荷蘭小組宣布了使用2014年UNSW開發(fā)的相同硅技術(shù)的類似結(jié)果。證實(shí)了這種“熱量子比特”行為世界上相反的兩個(gè)小組的研究導(dǎo)致這兩篇論文在今天同一期《自然》雜志上“背對(duì)背”發(fā)表。

量子位對(duì)是量子計(jì)算的基本單位。就像它的經(jīng)典計(jì)算類似物“位”一樣，每個(gè)量子位都表征兩個(gè)狀態(tài)(0或1)以創(chuàng)建二進(jìn)制代碼。但是，與一點(diǎn)點(diǎn)不同，它可以同時(shí)顯示兩種狀態(tài)，即所謂的“疊加”。

Dzurak團(tuán)隊(duì)開發(fā)的單位單元包含兩個(gè)量子位，它們被限制在一對(duì)嵌入硅的量子點(diǎn)中。放大后的結(jié)果可以使用現(xiàn)有的硅芯片工廠進(jìn)行生產(chǎn)，并且無(wú)需數(shù)百萬(wàn)美元的冷卻即可運(yùn)行。與傳統(tǒng)的硅芯片集成起來(lái)也將更加容易，這將是控制量子處理器所必需的。

能夠執(zhí)行設(shè)計(jì)新藥物所需的復(fù)雜計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)，例如，將需要數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子位對(duì)，并且通常被認(rèn)為距離至少十年。對(duì)數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子位的需求對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了巨大挑戰(zhàn)。Dzurak解釋說(shuō)：“添加到系統(tǒng)中的每個(gè)量子位對(duì)都會(huì)增加產(chǎn)生的總熱量，并且增加的熱量會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。這就是為什么當(dāng)前設(shè)計(jì)必須保持在絕對(duì)零附近的原因。”

維持足夠量子位的量子計(jì)算機(jī)以在比深空冷得多的溫度下使用的前景令人生畏，昂貴且將制冷技術(shù)推向了極限。但是，UNSW團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用兩個(gè)量子點(diǎn)之間的電子隧穿來(lái)初始化和“讀取”量子位對(duì)，從而為該問(wèn)題提供了一種精妙的解決方案。原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是由UNSW團(tuán)隊(duì)的Henry Yang博士進(jìn)行的，Dzurak將其描述為“出色的實(shí)驗(yàn)主義者”。
（責(zé)任編輯：fqj）