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    量子總線連接量子芯片取得突破,或是商用量子計算機關鍵

    9月27日消息(南山)要證明量子計算機在實際應用中的價值,需要數百萬的量子比特,可擴展性是未來量子計算機發展的最大挑戰之一。其中一個問題是,量子比特必須在芯片上彼此非常接近,以便將它們耦合在一起。

    尤利希研究中心和亞琛工業大學的研究人員現在已經向解決這個問題邁進了一大步。他們成功地將電子——量子信息的載體--在一個量子芯片上傳輸了幾微米。他們的 "量子總線"可能是掌握躍遷到數百萬量子比特的關鍵部件。

    量子計算機有可能在某些任務上大大超過傳統計算機的能力,但在能夠幫助解決現實世界的問題之前,還有很長的路要走。許多應用需要具有數百萬量子比特的量子處理器。今天的原型機僅僅具有幾個這樣的計算單元。

    "目前,每個單獨的量子比特通過幾條信號線,連接到大約一個櫥柜大小的控制單元。這對幾個量子比特來說仍然有效。但如果你想在芯片上放置數百萬個量子比特,它就不再有意義了,因為那是量子糾錯所必需的。"來自尤利希研究中心JARA量子信息研究所和亞琛工業大學的Lars Schreiber博士說。

    采用量子總線的量子芯片
    采用量子總線的量子芯片

    在某種程度上,信號線的數量成為一個瓶頸。與微小的量子比特尺寸相比,這些線路占用了太多的空間。而且,一個量子芯片不可能有數以百萬計的輸入和輸出--一個現代的經典芯片只包含大約2000個這樣的輸入和輸出。

    兩所機構的總體目標是將部分控制電子設備直接集成在芯片上。該方法是基于由硅和鍺制成的半導體自旋量子比特,這種類型的量子比特相對較小。其制造過程與傳統的硅處理器的制造過程基本一致。當涉及到實現非常多的量子比特時,這被認為是有利的,但首先必須克服一些基本的障礙。

    “僅由粒子的接近引起的自然糾纏被限制在一個非常小的范圍內,大約100納米。為了使量子比特耦合,它們目前必須被放在非??拷鼘Ψ降牡胤??!盠ars Schreiber說:“那里根本沒有空間安裝我們想安裝的額外控制電子裝置?!?/p>

    Lars Schreiber博士(左二)和Hendrik Bluhm教授(右一)與JARA量子信息研究所的博士生Tom Struck(左一)和Niels Focke(右二)在一起。

    Lars Schreiber博士(左二)和Hendrik Bluhm教授(右一)與JARA量子信息研究所的博士生Tom Struck(左一)和Niels Focke(右二)在一起。

    為了將量子比特分開,JARA量子信息研究所提出了一個量子穿梭機的想法。這個特殊的組件應該有助于在更遠的距離上在量子比特之間交換量子信息。研究人員已經研究了“量子總線”5年,并申請了10多項專利。這項研究是作為歐洲QuantERA聯盟Si-QuBus的一部分開始的,現在正與工業伙伴一起在德國聯邦教育和研究部(BMBF)的國家項目QUASAR中繼續進行。

    "從一個量子比特到下一個量子比特必須有大約10微米的橋接。根據理論,數以百萬計的量子比特可以通過這樣的架構實現。我們最近與尤利希研究中心的工程、電子和分析中央研究所的電路工程師合作預測了這一點,"JARA量子信息研究所所長Hendrik Bluhm教授解釋。代爾夫特理工大學和英特爾的研究人員也得出了同樣的結論。

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