如何克服量子計算機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的超高熱量仍是量子計算機研究當中的一大難題。日前，科學家開發(fā)出一種新型的低溫計算機芯片，能夠在接近絕對零度的理論溫度極限下工作。

這種名為 Gooseberry 的低溫系統(tǒng)為量子計算領(lǐng)域的革命奠定了基礎(chǔ)——使新一代機器能夠以數(shù)千夸比特(即量子位元)或更多的量子進行計算。而當今最先進的設(shè)備僅由 50 個夸比特組成。該研究成果由來自悉尼大學和微軟量子實驗室的量子物理學家 Daivd Reilly 教授及團隊于日前在線發(fā)表在 Nature 子刊 Nature Electronics 上，題為《A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits》(用于產(chǎn)生多量子控制信號的低溫 CMOS 芯片)。

目前世界上最大的量子計算機僅以 50 個左右的夸比特運行。這是因為夸比特需要極端水平的冷量來運作(除了其他可控條件)，而當今量子計算機系統(tǒng)中使用的電氣線路不可避免地輸出少量但足夠的熱量，從而破壞了熱要求。

科學家們正在研究如何繞過這一點。但迄今為止，許多量子創(chuàng)新都依賴于構(gòu)筑龐大的布線裝置，以保持溫度穩(wěn)定，從而可以不斷增加的夸比特數(shù)。但這種解決方案有其自身的局限性。

解決這一瓶頸的方法可能是 Gooseberry：正如論文中描述的那樣，一種低溫控制芯片可以在 " 毫開爾文 " 溫度下工作，溫度僅比絕對零度高一小部分。

這種極端的熱容量意味著它可以與夸比特一起坐在超冷的冷藏環(huán)境中，與它們進行互連，并將夸比特的信號傳遞給位于外面另一個浸泡在液氦中的極冷罐中的次級核心。

這樣一來，它就去掉了所有多余的布線和它們產(chǎn)生的多余熱量。這意味著當代量子計算中的夸比特瓶頸可能很快就會成為過去。

" 該芯片是在這種溫度下運行的最復雜的電子系統(tǒng)，"Reilly 解釋道，" 這是第一次有 10 萬個晶體管的混合信號芯片在 0.1 開爾文，相當于 -459.49 華氏度，或 -273.05 攝氏度的溫度下工作。"

該團隊預計，他們的超低溫芯片最終可以控制數(shù)千個夸比特——大約比今天的可能性增加了 20 倍。在未來，這種方法將能把量子計算機的性能提升一大截。

該領(lǐng)域?qū)＜冶硎?#xff0c;雖然我們可能還需要一段時間才能看到這種科技在實驗室外投入實際使用，但毫無疑問，我們正在目睹量子計算機的一大進步。

編譯 / 前瞻經(jīng)濟學人 APP 資訊組

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

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41928-020-00528-y

總結(jié)

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