热量子位打破了量子计算机的最大限制问题

（文章来源：教育新闻网）

世界各地正在开发的大多数量子计算机只能在绝对零以上的几分之一度内工作。这需要数百万美元的制冷，一旦将它们插入传统的电子电路，它们就会立即过热。但是现在，悉尼新南威尔士大学的安德鲁·德祖拉克(Andrew Dzurak)教授领导的研究人员已经解决了这个问题。

Dzurak教授说：“我们的新结果为从实验设备到可负担的量子计算机开辟了一条道路，可用于现实世界的商业和政府应用。”研究人员在硅芯片上进行概念验证的量子处理器单位单元的工作温度为1.5开尔文(Kelvin)，比Google，IBM等使用超导量子位的主要竞争芯片技术高15倍。

Dzurak解释说：“这仍然很冷，但仅用几千美元的制冷量就可以达到这个温度，而不是将芯片冷却到0.1开尔文所需的数百万美元。”“尽管使用我们日常的温度概念很难理解，但这种增加在量子世界中是极端的。”

从精密的药物制造到搜索算法，在许多重要问题上，量子计算机都有望胜过传统计算机。然而，设计一种可以在实际环境中制造和运行的设备是一项重大的技术挑战。新南威尔士大学的研究人员认为，他们已经克服了阻碍量子计算机成为现实的最艰巨的障碍之一。

在今天《自然》杂志上发表的一篇论文中，Dzurak的团队与加拿大，芬兰和日本的合作者一起报告了一种概念验证的量子处理器单元，该单元与全球正在探索的大多数设计不同，不需要在温度低于开尔文的十分之一。

Dzurak小组于去年2月通过学术预印本档案首次宣布了他们的实验结果。然后，在2019年10月，由Dzurak小组的前博士后研究员Menno Veldhorst领导的荷兰小组宣布了使用2014年UNSW开发的相同硅技术的类似结果。证实了这种“热量子比特”行为世界上相反的两个小组的研究导致这两篇论文在今天同一期《自然》杂志上“背对背”发表。

量子位对是量子计算的基本单位。就像它的经典计算类似物“位”一样，每个量子位都表征两个状态(0或1)以创建二进制代码。但是，与一点点不同，它可以同时显示两种状态，即所谓的“叠加”。

Dzurak团队开发的单位单元包含两个量子位，它们被限制在一对嵌入硅的量子点中。放大后的结果可以使用现有的硅芯片工厂进行生产，并且无需数百万美元的冷却即可运行。与传统的硅芯片集成起来也将更加容易，这将是控制量子处理器所必需的。

能够执行设计新药物所需的复杂计算的量子计算机，例如，将需要数百万个量子位对，并且通常被认为距离至少十年。对数百万个量子位的需求对设计人员提出了巨大挑战。Dzurak解释说：“添加到系统中的每个量子位对都会增加产生的总热量，并且增加的热量会导致错误。这就是为什么当前设计必须保持在绝对零附近的原因。”

维持足够量子位的量子计算机以在比深空冷得多的温度下使用的前景令人生畏，昂贵且将制冷技术推向了极限。但是，UNSW团队通过使用两个量子点之间的电子隧穿来初始化和“读取”量子位对，从而为该问题提供了一种精妙的解决方案。原理验证实验是由UNSW团队的Henry Yang博士进行的，Dzurak将其描述为“出色的实验主义者”。
（责任编辑：fqj）