全球首个低温下可精准控制百万量级量子比特芯片问世

澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队近期宣布在量子计算机领域实现重要突破，他们开发出一种在低温下可精准控制“百万量级量子比特”的芯片，相应成果近日发表在《自然》期刊上。

　　研究团队表示，相应芯片可在毫开尔文温度条件下控制自旋量子比特，这一温度略高于绝对零度(注：-273.15℃)，理论上是物质完全静止的极限，这是因为自旋量子比特必须在 1 开尔文以下的极低温度才能稳定运行，保持其量子信息。

　　不过，要实现量子比特扩展应用，还需设计一套集成电子系统来控制与读取量子比特。而这又带来一个重大难题，若控制电路距离过近，产生的热量和电噪声可能会干扰量子态的稳定性。

　　为此，研究团队对芯片进行精密设计，避免了这种干扰情况。实验显示，该芯片能实现对单比特和双比特操作的高保真控制，几乎无性能损失，且不会影响量子态的相干性。这意味着控制系统可与量子比特紧密集成，解决了长期困扰量子计算扩展的“干扰”和“发热”难题。

　　研究人员援引测试结果，认为相应芯片功耗极低，总体控制功率仅约 10 微瓦，其中模拟部分每兆赫仅耗电 20 纳瓦，有望支持百万量级量子比特的扩展。

　　相应实验印证了科学界长期以来的一个设想，即在一定的温度环境下，复杂的电子系统也可与量子比特集成，实现精确控制。实验结果表明，只要控制系统设计得当，即使量子比特与不到一毫米远的晶体管芯片共存，其量子态几乎不会受到干扰。

　　研究人员认为，该低温电子平台不仅可助力量子计算，还将在传感系统和未来数据中心等多个领域释放潜力。

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