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)生控制量子計算機所需的高質(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
限制量子計算機大小的因素之一是用于控制量子處理器中量子位的機制。這通常使用一系列微波脈沖來實現(xiàn)，并且由于量子處理器在接近絕對零度的溫度下運行，因此控制脈沖通常通過室溫下的寬帶電纜進入冷卻環(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，因為冷卻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。
芬蘭阿爾托大學和芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）領(lǐng)導的一個聯(lián)合研究團隊開發(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)導該團隊的阿爾托大學教授米高·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，這在實現(xiàn)精確的量子邏輯運算時很重要。
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。該團隊目前正在開發(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，除了量子計算機和傳感器，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行操作。
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