新南威尔士大学的AndrewDzurak教授（右）

文｜学术头条

量子比特是量子计算的基本单位。就像经典计算模拟位一样，每个量子比特都表征两种状态（0或1）进而形成二进制代码。然而，与位不同的是，它可以同时显示两种状态，即所谓的“叠加”状态。

量子计算平台有望在一系列重要问题上超越传统计算机，从精确的药物制造到搜索算法。然而，设计一种可以在真实环境中制造和运行的量子计算设备是一项重大的技术挑战。

由于热产生的振动会干扰量子比特进而影响其工作性能，现有的量子计算平台需要冷却至极低温度。一般来说，平台需要在约0.1K（开尔文）即零下273.05℃的温度下运行，否则存储在这些量子比特中的量子信息通常很快就会丢失，而达到这种温度需要非常昂贵的成本和严苛的制冷技术。

本周三，《自然》杂志同时发表两篇论文，展示了可以在比现有技术高出数倍的温度下运作的量子计算平台。

德尔夫特理工大学MennoVeldhorst和他的研究团队制作了一个能在1.1K温度下运作的量子计算平台。

新南威尔士大学AndrewDzurak和他的研究团队演示了一个能在约1.5K的温度下运作的量子计算平台。

研究人员表示，虽然相对温升很小，但对于将现有原型机扩展至更大更强的量子计算机来讲，研究结果或能带来重大的影响。同时，运行温度的提高代表着现有量子计算平台向实用性方面迈进的一个重要飞跃。

想象一下如果将量子处理器单元插入传统常温的电子电路它们会怎么样呢，答案显然是它们就会立即过热。

一直以来，温度是困扰量子计算平台得到大规模应用的难题之一。在世界范围内开发的大多数量子计算机只能以绝对零以上0.1℃的温度下运行，而达到这个温度则需要数百万美元的制冷设备。

因此通常来讲，量子比特在特殊的“冰箱”中发挥作用，但它们仍由在室温下工作的传统电子设备控制，这也是阻碍技术进步的主要障碍。

现在，来自新南威尔士大学的AndrewDzurak教授和德尔夫特理工大学的研究员MennoVeldhorst领导的研究人员已经分别一定成都上解决了这个问题。

新南威尔士大学的AndrewDzurak教授（右）

Dzurak解释道：“添加到系统中的每个量子比特对都会增加产生的总热量，并且增加的热量会导致错误。这就是为什么当前的设计必须保持接近绝对零度的主要原因。”

同时，Dzurak教授表示：“我们的新成果为量子计算机从实验设备到价格合理的量子计算机开辟了一条道路，可以在现实世界的商业和政府中得以应用。”

2019年2月，Dzurak的研究小组首次通过学术预印本档案馆（AcademicPre-printArchive）公布了他们的实验结果。而在2019年10月，由Dzurak研究小组的前博士后研究员MennoVeldhorst领导的荷兰小组宣布了使用2014年在新南威尔士大学开发的相同硅技术的产生了类似结果。

世界相对两侧的两个研究小组对这种热量子比特（HotQubit）行为的确认，导致两篇热量子比特技术论文在今天的同一期《自然》杂志上同时发表。

与世界上正在探索的大多数设计不同，在发表在《自然》杂志的两项独立研究，分别报道了在温度高于1K（零下272.15℃）的硅基量子计算平台上进行的原理验证性实验。

MennoVeldhorst和他的研究团队制作了一个能在1.1K运作的量子电路，AndrewDzurak和他的研究团队演示了一个能在约1.5K的温度下运作的系统。

硅能把超过1K温度下正常运作的材料很好地与周围物质隔离开，因此这两项研究都将电子在硅中的自旋作为量子比特。在这种极低的温度下，“冰箱”强大到可以允许引入局域电子来校正量子比特，研究人员认为这是将量子处理器扩展到百万量子比特的必要条件之一。

由Dzurak带领的研究团队开发的单元包含两个量子比特，它们被限制在嵌入硅的量子点中。这种硅材料扩大规模后可以使用现有的硅芯片工厂进行生产，并且可以使量子计算平台无需数百万美元的冷却即可运行。使用硅的量子计算平台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。

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0304/545.html

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