科学家成功同时控制数百万量子比特 消除量子计算主要障碍

日前，来自新南威尔士大学悉尼分校的量子工程师消除了阻碍量子计算机成为现实的一大“拦路虎”——他们发现了一种能够控制数百万个自旋量子比特的新技术。量子比特是硅量子处理器中的基本信息单位。到目前为止发表的量子处理器概念验证模型，均仅能控制几个量子比特。

该研究题为“Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field”，于8月13日发表于《科学·进展》期刊上。主要作者为新南威尔士大学悉尼分校的Ensar Vahapoglu博士；James P. Slack-Smith博士；Andrew S. Dzurak博士，以及Jarryd J. Pla博士。

此前，控制电子自旋量子比特依赖于通过在量子比特旁边的电线上放置电流的方法来提供微波磁场。这种方法的弊端在于，磁场随着距离的增加而迅速下降，所以我们只能控制那些最接近导线的量子比特。这意味着随着我们引入越来越多的量子比特，我们将需要添加越来越多的导线，这将占用芯片上的大量空间。而且，由于该芯片必须在零下270°C的极寒温度下工作，引入更多的电线会在芯片中产生过多的热量，干扰量子比特的可靠性。

这一研究方法将硅芯片的结构进行了推倒重构。与其在同样的拇指甲大小的硅芯片上设置数千条控制线，还需要包含数百万个量子比特，该团队研究了从芯片上方产生一个可以同时操纵所有量子比特的磁场的可行性。

Pla博士和团队在硅芯片的正上方引入了一个新的组件——一个被称为电介质谐振器的晶体棱镜。当微波被导入谐振器时，它将微波的波长聚焦到缩小到一毫米以下的尺寸，足以控制多达四百万个量子比特。

图A为使用全局微波场进行大规模量子位控制的视觉的 3D 渲染

这一研究成果让科学家不必投入大量的功率来为量子比特获得一个强大的驱动场，从而不会产生很多热量。与此同时，这一磁场在整个芯片上非常均匀，因此数百万个量子比特都经历了相同水平的控制。

接下来，该团队计划利用这项新技术来简化近期硅量子处理器的设计。“去掉片上控制线，就能腾出空间用于额外的量子比特和构建量子处理器所需的所有其他电子设备，”Dzurak教授说，“这使得进入下一步生产具有大约几十个量子比特的设备的任务变得更加简单。”

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料

https://www.eurekalert.org/news-releases/925011