东京科学大学蔡嘉慎教授 信用:CC0公共领域 高效的量子计算有望实现传统计算机无法实现的进步
来自日本和悉尼的科学家合作提出了一种新的二维设计，这种设计可以利用现有的集成电路技术来构建
这种设计解决了当前放大量子计算机三维封装面临的典型问题，使未来更近了一步
量子计算正日益成为物理和化学等领域的科学家以及制药、飞机和汽车行业的实业家关注的焦点
在全球范围内，谷歌和IBM等公司的研究实验室正投入大量资源来改进量子计算机，这是有充分理由的
量子计算机利用量子力学的基本原理，处理大量信息的速度比经典计算机快得多
预计当实现纠错和容错量子计算时，科技进步将以前所未有的规模出现
但是就其架构而言，建造用于大规模计算的量子计算机被证明是一个挑战
量子计算机的基本单位是“量子比特”或“量子位”
“这些通常是原子、离子、光子、电子等亚原子粒子，甚至是以多种状态同时存在的更大的元素，这使得在大量数据中快速获得几种潜在结果成为可能
对量子计算机的理论要求是，它们排列成二维阵列，其中每个量子位都与其最近的邻居耦合，并连接到必要的外部控制线和设备
当阵列中的量子位数量增加时，从阵列的边缘到达阵列内部的量子位变得困难
到目前为止，解决这个问题的需要已经导致了跨越多个平面的复杂三维(3-D)布线系统，其中许多导线相交，使得它们的构造成为重大的工程挑战
由日本东京科学大学、日本理研中心和悉尼科技大学的科学家组成的团队，在蔡家深教授的带领下，通过修改量子位阵列的结构，提出了一个解决量子位可访问性问题的独特方案
“在这里，我们解决了这个问题，并提出了一种改进的超导微架构，它不需要任何三维外部线路技术，并恢复到完全平面的设计，”他们写道
这项研究已经发表在《新物理学杂志》上
科学家们从一个量子位正方形点阵阵列开始，在二维平面上展开每一列
然后，他们将每一个连续的列折叠起来，形成一个双重的一维数组，称为双线性数组
这使得所有量子位都处于边缘，并简化了所需布线系统的布置
这个系统是二维的
在这种新的架构中，一些量子位之间的连线(每个量子位也连接到阵列中所有相邻的量子位)确实会重叠，但因为这些是连线中唯一的重叠，所以简单的本地三维系统(如位于重叠点的空气桥)就足够了，整个系统仍保持二维
可以想象，这大大简化了它的结构
科学家们通过数值和实验评估评估了这种新安排的可行性，他们测试了一个信号在通过空气桥之前和之后保留了多少
两次评估的结果都表明，可以利用现有技术在没有任何三维布置的情况下建立和运行该系统
科学家们的实验还向他们展示了他们的架构解决了困扰三维结构的几个问题:它们难以构建，通过两条线传输的波之间存在串扰或信号干扰，量子位的脆弱量子状态可能会退化
新颖的伪二维设计减少了导线相互交叉的次数，从而减少了串扰，并因此提高了系统的效率
当全世界的大型实验室都在试图寻找建造大规模容错量子计算机的方法时，这项令人兴奋的新研究的发现表明，这种计算机可以使用现有的二维集成电路技术来建造
“量子计算机是一种信息设备，预计将远远超过现代计算机的能力，”蔡教授表示
这个方向的研究才刚刚开始，蔡教授总结说:“我们计划建造一个小规模的电路来进一步研究和探索这种可能性
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
