參考消息網(wǎng)6月29日?qǐng)?bào)道 美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站6月25日刊登題為《低溫技術(shù)取得突破后，單個(gè)量子處理器容納數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特現(xiàn)已成為可能》的文章，作者是歐文·休斯，內(nèi)容編譯如下：

科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新型計(jì)算機(jī)芯片，移除了實(shí)用量子計(jì)算機(jī)發(fā)展道路上的一個(gè)主要障礙，從而首次使數(shù)百萬(wàn)量子比特及其控制系統(tǒng)處于同一設(shè)備上成為可能。

新的控制芯片在接近絕對(duì)零度(即零下273.15攝氏度)的低溫下工作，關(guān)鍵是，它可以被設(shè)置在接近量子比特的地方，而不會(huì)破壞它們的量子態(tài)。

這項(xiàng)研究的首席研究者、悉尼大學(xué)納米研究所和物理學(xué)院教授戴維·萊利在聲明中說(shuō)：“這一成果經(jīng)過(guò)十多年的努力，積累起了設(shè)計(jì)這種電子系統(tǒng)的技術(shù)，這些系統(tǒng)耗電量極小，在接近絕對(duì)零度的溫度下工作。”

科學(xué)家們將這一成果描述為將量子和經(jīng)典元件集成在同一芯片上的“重要原理驗(yàn)證”——這是向使量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)所需的實(shí)用和可規(guī)�；�運(yùn)行的處理器邁出的重要一步。研究人員6月25日在英國(guó)《自然》周刊上發(fā)表了他們的研究成果。

量子比特相當(dāng)于在當(dāng)今的經(jīng)典計(jì)算機(jī)中發(fā)現(xiàn)的二進(jìn)制比特的量子版本。經(jīng)典比特可以代表0或1，量子比特卻能夠以0和1兩種狀態(tài)“疊加”的形式存在。這使得量子計(jì)算機(jī)能夠并列執(zhí)行多個(gè)運(yùn)算，使它們能夠解決遠(yuǎn)超當(dāng)今計(jì)算機(jī)能力的問(wèn)題。

自旋量子比特是一種利用電子的自旋狀態(tài)進(jìn)行信息編碼的量子比特，它之所以能引起科學(xué)家的興趣，是因?yàn)樗�可以使用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)來(lái)構(gòu)建。

這與制造現(xiàn)代智能手機(jī)和個(gè)人電腦內(nèi)置芯片的過(guò)程相同。從理論上講，這使得自旋量子比特更容易規(guī)�；�運(yùn)行，因?yàn)榭梢允褂贸Ｒ?guī)的制造方法。

其他量子計(jì)算機(jī)則使用不同類型的量子比特，包括超導(dǎo)、光子或離子阱量子比特。但與這些類型的量子比特不同，自旋量子比特可以使用現(xiàn)有設(shè)備大規(guī)模制造。

然而，自旋量子比特需要保存在低于1開(kāi)爾文(略高于絕對(duì)零度)的溫度下才能保持“相干”。這是量子比特隨著時(shí)間的推移保持疊加和糾纏的能力，也是釋放使量子計(jì)算前景如此光明的并行處理能力所需要的。自旋量子比特還需要電子設(shè)備測(cè)量和控制它們的活動(dòng)。

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)控制和測(cè)量自旋量子比特所需的電子設(shè)備進(jìn)行集成一直是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榧词故呛苌俚臒崃炕螂娮痈蓴_也會(huì)破壞量子比特脆弱的量子態(tài)。

但是，這種新的定制CMOS芯片被設(shè)計(jì)為在低溫環(huán)境和超低功耗水平下工作。這意味著，它可以與量子比特一起集成到芯片上，而不會(huì)引入熱噪聲或電噪聲，否則那些噪聲會(huì)干擾相干性。

在測(cè)試中，研究人員將控制芯片置于距離量子比特不到1毫米的地方，然后進(jìn)行單量子位門(mén)和雙量子位門(mén)操作。研究人員稱，控制芯片沒(méi)有產(chǎn)生可測(cè)量的電噪聲，也沒(méi)有導(dǎo)致精度、穩(wěn)定性或相干性下降。此外，這款控制芯片能耗很低。

萊利說(shuō)：“這證實(shí)了以下預(yù)期，即量子比特確實(shí)可以在低溫下被規(guī)�；�控制。”

他補(bǔ)充說(shuō)：“這將把我們從量子計(jì)算機(jī)是迷人的實(shí)驗(yàn)室機(jī)器的認(rèn)知階段帶到我們可以開(kāi)始發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備能夠?yàn)槿祟惤鉀Q現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的階段。”

“從近期的傳感系統(tǒng)到未來(lái)的數(shù)據(jù)中心，我們認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將有更多不同的用途。”

這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)促使更多研究人員探索自旋量子比特的能力。

芯片設(shè)計(jì)者、新興量子公司高級(jí)硬件工程師兼悉尼大學(xué)研究人員庫(kù)沙爾·達(dá)斯在聲明中說(shuō)：“現(xiàn)在我們已經(jīng)證明，毫開(kāi)爾文控制不會(huì)降低單量子位門(mén)和雙量子位門(mén)的性能。我們預(yù)計(jì)后續(xù)會(huì)有很多人跟進(jìn)。”

達(dá)斯說(shuō)：“對(duì)我們而言，這很幸運(yùn)，因?yàn)檫@并不是十分容易的事情，而是需要多年時(shí)間才能積累起專業(yè)知識(shí)和技能，以設(shè)計(jì)出只需要少量電力的低噪聲低溫電子設(shè)備。”（編譯/馮雪）