寻找量子计算机体系结构中“缺失的拼图”

科学家表示，他们已经找到了量子计算机架构中“缺失的谜题”。根据物理学家组织网络(Physicist Organization Network)最近的一份报告，澳大利亚新南威尔士大学的研究人员表示，他们发现了一种新技术，这种技术将能够控制数百万个自旋量子比特(硅量子处理器中的基本信息单元)，消除了量子计算机可能来自梦想的主要障碍。

研究员贾里德普拉博士说，到目前为止，原型量子处理器只能控制少量量子比特，但如果我们想用量子计算机解决实际问题，就必须能够控制数百万个量子比特——，这是构建全尺寸量子计算机的主要障碍。

普拉说：“一直以来，我们让电流通过量子位旁边的导线产生的微波磁场，来控制电子自旋量子位。但是磁场随着距离的增加而迅速衰减，因此只能控制离线最近的量子位。增加量子比特的数量需要增加更多的导线，这会占用芯片上的空间。此外，芯片必须在零下270摄氏度以下工作。引入更多导线将在芯片内部产生更多热量，并影响量子位的可靠性。”

为了解决这个问题，研究人员采取了另一种方法，他们研究了从芯片上方产生磁场的可行性。Pra说：“理论上，这种方法可以同时控制400万个量子比特。”

普拉的团队在硅片的正上方引入了一种叫做介质谐振器的晶体棱镜。当微波被导入谐振器时，“介质谐振器将波长减小到小于1毫米，这有效地将微波功率转换成磁场，从而控制所有量子位的自旋。这里有两个关键的创新：第一，不需要投入大量的能量来获得磁场，这意味着没有产生太多的热量。其次，整个场非常均匀，数百万个量子比特可以平等对待。”

随后，研究团队借助开发的谐振器原型验证了最新的想法，并取得了成功。Pra说：“尽管在制造可以运行数百万量子比特的处理器方面仍然存在一些工程挑战，但我们现在有办法控制它们。”

据悉，该团队计划利用这一新技术精简硅量子处理器的设计。因为量子计算机可以对极其复杂的系统进行建模，所以人们期待它们在应对气候变化、药物和疫苗设计、人工智能等领域展现自己的才华。

长期以来，人们只能通过在量子位旁边的导线上放置电流来传输微波磁场。为了控制更多的量子位，需要更多的导线；更多的电线会占据更多的空间，产生更多的热量。过多的热量会提高芯片的工作温度，影响量子位的可靠性。怎么破？研究人员的方法是完全重构芯片结构，而不是打破每个芯片，它是控制和操纵所有量子位作为一个整体。这个想法已经存在很久了，但是最近，研究团队真的将介质谐振器和硅量子比特结合起来，验证了这个想法。看，建造全尺寸量子计算机的主要障碍有望被打破！