绿色商用电路板——最大的是11.4厘米(4.5英寸)乘19厘米(7.5英寸)——在稀释冰箱内。当封闭和抽空时，该系统达到的温度只比绝对零度高千分之几度。荣誉:NIST国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员构建并测试了一个系统，该系统允许商业电子元件(如电路板上的微处理器)在量子信息处理中使用的超冷设备附近运行。这种设计允许相同数量的连接线输出四倍的数据。在对量子计算越来越兴奋的时候，人们很容易忽略一个物理事实，即在绝对零度以上千分之几度的低温下操纵量子位(量子位)产生的数据仍然必须使用传统的电子设备来启动、读取和存储，目前传统的电子设备只能在室温下工作，距离量子位几米远。这种分离阻碍了量子计算设备的发展，这些设备的性能优于经典设备。
量子计算元件和外部电子设备之间的额外距离需要额外的时间来传输信号，这也会导致信号退化。此外，将电子设备连接到低温组件所需的每根(相对非常热的)导线都会增加热量，从而很难维持量子设备工作所需的超冷温度。
“如果你考虑我们的现代计算机，实际上限制它们速度的是信息在CPU、图形和内存之间移动的时间——物理距离，即使它以光速移动，”项目科学家约书亚·波默罗伊说。“这些有限的距离会降低性能速度。所有东西都必须尽可能近，这样信息才能快速到达。所以，你需要与量子位共存的电子设备。”
一个显而易见的方法是将电子元件封装在低温环境中，靠近量子元件。但到目前为止，只有极少数传统电路元件能在那里正常工作。“此外，没有人真正知道现代电子设备在这些温度下消耗了多少能量，这是除了‘让某些东西工作’之外的另一个方面，”Pomeroy说。
为了扩展电路在低温下的功能，Pomeroy选择了有前途的标准商业电子芯片，并构建了一个电路来解决另一个问题:冷却量子器件所需的时间长，测量导线的数量有限，这是可以测量多少个器件的瓶颈。由于一次只能测量一个设备，新的低温电路将每条测量线路由到一个选定的量子设备，“就像一个铁路调车场，通往远处目的地的轨道可以连接到许多不同的本地目的地，称为多路复用，”Pomeroy说。“在我们的例子中，我们有24条测量线，每条线可以连接到四个不同的目的地。这需要很多开关。”
所有这些开关都需要正确设置。“我们需要能够控制开关(火车去哪里)，这样我们就可以选择低温台上的哪个设备连接到24根电线中的每一根，”Pomeroy说。为了完成这项任务，他使用了室温电子公司的一个标准设备:一个“移位寄存器”，它只使用三条控制线，但可以生成一组任意复杂的控制指令。
“这种设备在第一条测量线上使用数字脉冲(0或1)，这些脉冲由来自第二根导线的‘时钟’脉冲计时，以建立一个数字数字——例如0010——来选择目的地，”Pomeroy说。在本例中，第三个位置的“1”会将测量结果发送到第三个设备进行测量一旦设置了地址，第三条控制线上的脉冲将选定的地址施加到开关，测量就可以开始了。
该系统在不增加更多焊线的情况下，可输出四倍的测量数据量。
“这项工作代表了技术努力的一个里程碑，对于实现低温下的先进测量和技术非常重要，”NIST纳米器件表征部门的负责人大卫·冈拉克说。
“作为一个额外的说明，”Pomeroy说，“这整个努力发生在疫情关闭NIST盖瑟斯堡。我与我们电子商店员工的第一次(虚拟)会议是在2020年5月，规划和设计一直持续到2020年冬天。零件和定制设备在12月和1月订购，最终组装和台架测试将在2021年春天进行。在初夏，电路板被部署用于安装，样品用于测试。从那时起，他们已经能够测量20多种截然不同的设备。”
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