连接未来的量子计算机，实现新颖简单的构建

（文章来源：教育新闻网）

量子计算正日益成为物理和化学等领域的科学家以及制药，飞机和汽车行业的工业家的焦点。在全球范围内，谷歌和IBM等公司的研究实验室正出于充分的理由在改进量子计算机上投入大量资源。量子计算机使用量子力学的基础知识，比传统计算机更快地处理大量信息。可以预期，当实现纠错和容错的量子计算时，科学技术的发展将以前所未有的规模发生。

但是，构建用于大规模计算的量子计算机在其体系结构方面被证明是一个挑战。量子计算机的基本单位是“量子位”或“量子位”。这些通常是原子，离子，光子，亚原子粒子(例如电子)或更大的元素，它们同时以多种状态存在，从而有可能针对大量数据快速获得多种潜在结果。量子计算机的理论要求是将它们排列成二维(2D)阵列，其中每个量子位都与其最近的邻居耦合并连接到必要的外部控制线和设备。当阵列中的量子位数量增加时，变得难以从边缘到达阵列内部的量子位。

由日本东京科学大学，日本理研大学紧急物质科学中心和悉尼科技大学组成的一组科学家，由蔡振申教授领导，提出了一种独特的解决方案，可通过修改该体系结构来解决该量子位可访问性问题。量子位数组。他们说：“在这里，我们解决了这个问题，并提出了一种改进的超导微体系结构，该体系结构不需要任何3D外线技术，而可以恢复为完全平面的设计。”这项研究已发表在《新物理学》上。

科学家们从一个量子比特的方格阵列开始，并在2D平面中扩展了每一列。然后，他们将每个连续的列彼此折叠，形成称为“双线性”阵列的双一维阵列。这将所有量子比特置于边缘，并简化了所需布线系统的布置。该系统也完全处于2D模式。在这种新的体系结构中，部分量子位间的布线(每个量子位也连接到阵列中的所有相邻量子位)确实重叠，但是由于这些是布线中的唯一重叠，因此简单的本地3D系统(例如飞机桥)重叠点就足够了，系统整体保持2D状态。可以想象，这大大简化了其构造。

科学家们通过数值和实验评估来评估这种新安排的可行性，在这种评估中，他们测试了在信号通过机场之前和之后保留了多少信号。两次评估的结果均表明，可以使用现有技术构建和运行该系统，而无需任何3D布置。

科学家的实验还表明，他们的体系结构解决了困扰3D结构的若干问题：它们难以构造，在两条导线之间传输的波之间存在串扰或信号干扰，并且量子位的脆弱量子态可能退化。新颖的伪2D设计减少了导线彼此交叉的次数，从而减少了串扰，从而提高了系统的效率。

在世界范围内的大型实验室试图找到构建大型容错量子计算机的方法之时，这项令人振奋的新研究的发现表明，可以使用现有的2D集成电路技术来构建此类计算机。蔡教授指出：“量子计算机是一种信息设备，有望远远超过现代计算机的功能。”朝着这个方向的研究旅程仅始于这项研究，蔡教授总结说：“我们正计划建造一个小型电路，以进一步研究和探索这种可能性。”
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