英國(guó)《自然》雜志15日發(fā)表的兩項(xiàng)獨(dú)立研究，成功演示了能在以現(xiàn)有運(yùn)行溫度的15倍溫度下運(yùn)作的量子計(jì)算平臺(tái)。運(yùn)行溫度提至1開(kāi)爾文以上被認(rèn)為是該領(lǐng)域一個(gè)重要里程碑，對(duì)于將現(xiàn)有原型擴(kuò)展至更大更強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，研究結(jié)果將能帶來(lái)極大影響。
量子比特對(duì)應(yīng)經(jīng)典的計(jì)算比特，可以通過(guò)超導(dǎo)電路實(shí)現(xiàn)或在半導(dǎo)體(比如硅)內(nèi)形成。這類固態(tài)平臺(tái)需要冷卻至極低溫度，因?yàn)闊崃慨a(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)干擾量子比特，進(jìn)而影響性能。一般來(lái)說(shuō)，固態(tài)平臺(tái)需要在約0.1開(kāi)爾文(零下273.05攝氏度)的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)——這需要非常昂貴的制冷技術(shù)。
此次最新的兩項(xiàng)獨(dú)立研究分別報(bào)道了各自的概念驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，成功讓硅基量子計(jì)算平臺(tái)在超過(guò)1開(kāi)爾文的溫度下運(yùn)行。其中荷蘭代爾夫特理工大學(xué)科學(xué)家曼諾·維爾德霍斯特及其同事，制作了一個(gè)能在1.1開(kāi)爾文溫度運(yùn)作的量子電路;澳大利亞新南威爾士大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)演示的一個(gè)系統(tǒng)，則能在約1.5開(kāi)爾文的溫度下運(yùn)作。
兩項(xiàng)研究都把限制在硅中的電子自旋作為量子比特，并與周圍能在超過(guò)1開(kāi)爾文溫度下正常運(yùn)作的材料很好地隔離開(kāi)來(lái)。在這個(gè)溫度下，可以引入定域電子來(lái)操控量子比特，研究人員認(rèn)為，這是將這類量子處理器擴(kuò)展至百萬(wàn)量子比特的先決條件。
盡管此次升溫幅度相對(duì)來(lái)看并不大，但能將運(yùn)行溫度提至1開(kāi)爾文以上是一個(gè)重要的里程碑，因?yàn)槔鋮s到這一閾值以下既不容易也不便宜。隨著溫度提高到1開(kāi)爾文以上，成本將大幅下降，效率將顯著提升。此外，硅基平臺(tái)也是很有誘惑力的選擇，因?yàn)檫@將有利于集成利用現(xiàn)有硅基硬件的經(jīng)典系統(tǒng)。
總編輯圈點(diǎn)
量子計(jì)算機(jī)無(wú)疑具有令人難以置信的能力，但現(xiàn)階段有一個(gè)眾所周知的問(wèn)題——量子比特的不穩(wěn)定性，以及另一個(gè)不怎么為人所知的問(wèn)題——運(yùn)行所需的溫度條件。目前最流行的量子比特類型，基本都只在極低的溫度下存在，如果不想繼續(xù)以巨額支出來(lái)維持冷卻系統(tǒng)，要么能拿出使系統(tǒng)保持在如此低溫下的低成本解決方案，要么提升運(yùn)行溫度。由此我們才說(shuō)，本文這一新進(jìn)展能為創(chuàng)造室溫下運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)開(kāi)辟出新前景，進(jìn)而推動(dòng)量子計(jì)算和量子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)走上應(yīng)用之路。(記者張夢(mèng)然)
關(guān)鍵詞： 量子計(jì)算平臺(tái) 運(yùn)行溫度
