本文來(lái)自C114通信網(wǎng)，作者/南山。
要證明量子計(jì)算機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值，需要數(shù)百萬(wàn)的量子比特，可擴(kuò)展性是未來(lái)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)之一。其中一個(gè)問(wèn)題是，量子比特必須在芯片上彼此非常接近，以便將它們耦合在一起。
尤利希研究中心和亞琛工業(yè)大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)向解決這個(gè)問(wèn)題邁進(jìn)了一大步。他們成功地將電子——量子信息的載體--在一個(gè)量子芯片上傳輸了幾微米。他們的"量子總線"可能是掌握躍遷到數(shù)百萬(wàn)量子比特的關(guān)鍵部件。
量子計(jì)算機(jī)有可能在某些任務(wù)上大大超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的能力，但在能夠幫助解決現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題之前，還有很長(zhǎng)的路要走。許多應(yīng)用需要具有數(shù)百萬(wàn)量子比特的量子處理器。今天的原型機(jī)僅僅具有幾個(gè)這樣的計(jì)算單元。
"目前，每個(gè)單獨(dú)的量子比特通過(guò)幾條信號(hào)線，連接到大約一個(gè)櫥柜大小的控制單元。這對(duì)幾個(gè)量子比特來(lái)說(shuō)仍然有效。但如果你想在芯片上放置數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特，它就不再有意義了，因?yàn)槟鞘橇孔蛹m錯(cuò)所必需的。"來(lái)自尤利希研究中心JARA量子信息研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)的Lars Schreiber博士說(shuō)。
采用量子總線的量子芯片
在某種程度上，信號(hào)線的數(shù)量成為一個(gè)瓶頸。與微小的量子比特尺寸相比，這些線路占用了太多的空間。而且，一個(gè)量子芯片不可能有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的輸入和輸出--一個(gè)現(xiàn)代的經(jīng)典芯片只包含大約2000個(gè)這樣的輸入和輸出。
兩所機(jī)構(gòu)的總體目標(biāo)是將部分控制電子設(shè)備直接集成在芯片上。該方法是基于由硅和鍺制成的半導(dǎo)體自旋量子比特，這種類型的量子比特相對(duì)較小。其制造過(guò)程與傳統(tǒng)的硅處理器的制造過(guò)程基本一致。當(dāng)涉及到實(shí)現(xiàn)非常多的量子比特時(shí)，這被認(rèn)為是有利的，但首先必須克服一些基本的障礙。
“僅由粒子的接近引起的自然糾纏被限制在一個(gè)非常小的范圍內(nèi)，大約100納米。為了使量子比特耦合，它們目前必須被放在非?？拷鼘?duì)方的地方。”Lars Schreiber說(shuō)：“那里根本沒(méi)有空間安裝我們想安裝的額外控制電子裝置。”
Lars Schreiber博士（左二）和Hendrik Bluhm教授（右一）與JARA量子信息研究所的博士生Tom Struck（左一）和Niels Focke（右二）在一起。
Lars Schreiber博士（左二）和Hendrik Bluhm教授（右一）與JARA量子信息研究所的博士生Tom Struck（左一）和Niels Focke（右二）在一起。
為了將量子比特分開(kāi)，JARA量子信息研究所提出了一個(gè)量子穿梭機(jī)的想法。這個(gè)特殊的組件應(yīng)該有助于在更遠(yuǎn)的距離上在量子比特之間交換量子信息。研究人員已經(jīng)研究了“量子總線”5年，并申請(qǐng)了10多項(xiàng)專利。這項(xiàng)研究是作為歐洲QuantERA聯(lián)盟Si-QuBus的一部分開(kāi)始的，現(xiàn)在正與工業(yè)伙伴一起在德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）的國(guó)家項(xiàng)目QUASAR中繼續(xù)進(jìn)行。
"從一個(gè)量子比特到下一個(gè)量子比特必須有大約10微米的橋接。根據(jù)理論，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的量子比特可以通過(guò)這樣的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。我們最近與尤利希研究中心的工程、電子和分析中央研究所的電路工程師合作預(yù)測(cè)了這一點(diǎn)，"JARA量子信息研究所所長(zhǎng)Hendrik Bluhm教授解釋。代爾夫特理工大學(xué)和英特爾的研究人員也得出了同樣的結(jié)論。
