科技日報記者 張夢然
芬蘭研究人員開發(fā)了一種電路，可以在接近絕對零度的溫度下產(chǎn)生控制量子計(jì)算機(jī)所需的高質(zhì)量微波信號。這是將控制系統(tǒng)移近量子處理器的關(guān)鍵一步，或大大增加處理器中的量子比特數(shù)。
控制量子位的片上微波源藝術(shù)圖。
圖片來源：亞歷山大·卡基寧
限制量子計(jì)算機(jī)大小的因素之一是用于控制量子處理器中量子位的機(jī)制。這通常使用一系列微波脈沖來實(shí)現(xiàn)，并且由于量子處理器在接近絕對零度的溫度下運(yùn)行，因此控制脈沖通常通過室溫下的寬帶電纜進(jìn)入冷卻環(huán)境。
隨著量子比特數(shù)量的增加，所需電纜的數(shù)量也在增加。這限制了量子處理器的潛在尺寸，因?yàn)槔鋮s量子位的冰箱必須變得更大，以容納越來越多的電纜，同時還要竭力冷卻它們。
芬蘭阿爾托大學(xué)和芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）領(lǐng)導(dǎo)的一個聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出解決這一難題的關(guān)鍵組件。
新的微波源是一種可與量子處理器集成的設(shè)備，尺寸不到一毫米，不需要連接不同溫度的高頻控制電纜。使用這種低功耗、低溫微波源，就可使用更小的低溫恒溫器，同時仍然增加處理器中的量子位數(shù)量。
領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)的阿爾托大學(xué)教授米高·莫拓恩表示，新設(shè)備產(chǎn)生的功率是以前版本的100倍，足以控制量子位并執(zhí)行量子邏輯運(yùn)算。它產(chǎn)生一個非常精確的正弦波，每秒振蕩超過十億次。因此，來自微波源的量子位錯誤很少發(fā)生，這在實(shí)現(xiàn)精確的量子邏輯運(yùn)算時很重要。
由該設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)波微波源，并不能按原樣用于控制量子位，必須將微波整形為脈沖。該團(tuán)隊(duì)目前正在開發(fā)快速打開和關(guān)閉微波源的方法。即使沒有產(chǎn)生脈沖的開關(guān)解決方案，高效、低噪聲、低溫的微波源也可用于一系列量子技術(shù)，例如量子傳感器。
莫拓恩稱，除了量子計(jì)算機(jī)和傳感器，微波源還可作為其他電子設(shè)備的時鐘。它可讓不同的設(shè)備保持相同的節(jié)奏，使它們能夠在所需的時間瞬間對幾個不同的量子位進(jìn)行操作。
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