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量子計算平臺運行溫度提至一開爾文以上

英國《自然》雜志15日發表的兩項獨立研究,成功演示了能在以現有運行溫度的15倍溫度下運作的量子計算平臺。運行溫度提至1開爾文以上被認為是該領域一個重要里程碑,對于將現有原型擴展至更大更強的量子計算機來說,研究結果將能帶來極大影響。

量子比特對應經典的計算比特,可以通過超導電路實現或在半導體(比如硅)內形成。這類固態平臺需要冷卻至極低溫度,因為熱量產生的振動會干擾量子比特,進而影響性能。一般來說,固態平臺需要在約0.1開爾文(零下273.05攝氏度)的溫度下運轉——這需要非常昂貴的制冷技術。

此次最新的兩項獨立研究分別報道了各自的概念驗證性實驗,成功讓硅基量子計算平臺在超過1開爾文的溫度下運行。其中荷蘭代爾夫特理工大學科學家曼諾·維爾德霍斯特及其同事,制作了一個能在1.1開爾文溫度運作的量子電路;澳大利亞新南威爾士大學的研究團隊演示的一個系統,則能在約1.5開爾文的溫度下運作。

兩項研究都把限制在硅中的電子自旋作為量子比特,并與周圍能在超過1開爾文溫度下正常運作的材料很好地隔離開來。在這個溫度下,可以引入定域電子來操控量子比特,研究人員認為,這是將這類量子處理器擴展至百萬量子比特的先決條件。

盡管此次升溫幅度相對來看并不大,但能將運行溫度提至1開爾文以上是一個重要的里程碑,因為冷卻到這一閾值以下既不容易也不便宜。隨著溫度提高到1開爾文以上,成本將大幅下降,效率將顯著提升。此外,硅基平臺也是很有誘惑力的選擇,因為這將有利于集成利用現有硅基硬件的經典系統。

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