全球首個低溫下可精準控制“百萬量級量子比特”芯片問世，解決擴展難題

澳大利亞悉尼大學與新南威爾士大學的研究團隊近期宣布在量子計算機領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破，他們開發(fā)出一種在低溫下可精準控制“百萬量級量子比特”的芯片，相應成果近日發(fā)表在《自然》期刊上。

研究團隊表示，相應芯片可在毫開爾文溫度條件下控制自旋量子比特，這一溫度略高于絕對零度（IT之家注：-273.15℃），理論上是物質(zhì)完全靜止的極限，這是因為自旋量子比特必須在 1 開爾文以下的極低溫度才能穩(wěn)定運行，保持其量子信息。

不過，要實現(xiàn)量子比特擴展應用，還需設(shè)計一套集成電子系統(tǒng)來控制與讀取量子比特。而這又帶來一個重大難題，若控制電路距離過近，產(chǎn)生的熱量和電噪聲可能會干擾量子態(tài)的穩(wěn)定性。

為此，研究團隊對芯片進行精密設(shè)計，避免了這種干擾情況。實驗顯示，該芯片能實現(xiàn)對單比特和雙比特操作的高保真控制，幾乎無性能損失，且不會影響量子態(tài)的相干性。這意味著控制系統(tǒng)可與量子比特緊密集成，解決了長期困擾量子計算擴展的“干擾”和“發(fā)熱”難題。

研究人員援引測試結(jié)果，認為相應芯片功耗極低，總體控制功率僅約 10 微瓦，其中模擬部分每兆赫僅耗電 20 納瓦，有望支持百萬量級量子比特的擴展。

相應實驗印證了科學界長期以來的一個設(shè)想，即在一定的溫度環(huán)境下，復雜的電子系統(tǒng)也可與量子比特集成，實現(xiàn)精確控制。實驗結(jié)果表明，只要控制系統(tǒng)設(shè)計得當，即使量子比特與不到一毫米遠的晶體管芯片共存，其量子態(tài)幾乎不會受到干擾。

研究人員認為，該低溫電子平臺不僅可助力量子計算，還將在傳感系統(tǒng)和未來數(shù)據(jù)中心等多個領(lǐng)域釋放潛力。