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皓天鑫
盡管量子計(jì)算的未來(lái)十分值得期待，但目前仍有許多問(wèn)題有待解決。比如一次控制幾十個(gè)量子比特。現(xiàn)在，新南威爾士大學(xué)(UNSW)的研究人員們，已經(jīng)找到一種獨(dú)特的方法。據(jù)悉，通過(guò)在芯片中添加一組晶體棱鏡，即可同時(shí)控制數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特。
晶體介電諧振器有助于將微波能量集于到磁場(chǎng)，并借助該磁場(chǎng)來(lái)控制硅芯片中量子比特的旋轉(zhuǎn).傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以“0”和“1”組成的二進(jìn)制方案，來(lái)存儲(chǔ)和處理信息。不過(guò)在量子計(jì)算機(jī)中，還存在著同時(shí)為“0”或“1”的量子態(tài)。
盡管因此擁有了巨大的處理性能潛力，但量子計(jì)算機(jī)仍存在著一些難以被克服的問(wèn)題。
據(jù)悉，在硅量子處理器中，信息被編碼到電子的“上下自旋”中，以分別代表“0”和“1”。
通常情況下，相關(guān)操作是通過(guò)與量子比特一起運(yùn)行的電線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
截止目前，概念驗(yàn)證用的量子計(jì)算芯片，已經(jīng)演示了對(duì)數(shù)十個(gè)量子比特的控制方法。
但要實(shí)現(xiàn)真正強(qiáng)大的運(yùn)算，至少需要數(shù)十萬(wàn)、甚至數(shù)以百萬(wàn)級(jí)的量子比特。
尷尬的是，電力布線會(huì)占用芯片中的寶貴空間，并產(chǎn)生過(guò)多的熱量。
好消息是，新南威爾士大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一套新方案，能夠同時(shí)向大量量子比特傳遞電磁場(chǎng)。助其實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的，就是一種被稱作“介電諧振器”的晶體棱鏡。
位于硅芯片正上方的該裝置，能夠?qū)⑽⒉ㄒ龑?dǎo)并聚焦到低于1毫米的波長(zhǎng)，從而產(chǎn)生一個(gè)可用于控制下方量子比特自旋的磁場(chǎng)。
研究通訊作者Jarryd Pla表示，這項(xiàng)技術(shù)有兩大創(chuàng)新點(diǎn)：
首先，我們無(wú)需投入大量功率，來(lái)為量子比特提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，因而發(fā)熱量也不會(huì)太大。
其次，整個(gè)芯片的磁場(chǎng)非常均勻，那樣就算規(guī)模達(dá)到百萬(wàn)級(jí)的量子比特，也可基于同樣的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)已能夠利用該磁場(chǎng)來(lái)翻轉(zhuǎn)單個(gè)量子比特的狀態(tài)。不過(guò)想要同時(shí)產(chǎn)生兩種狀態(tài)的疊加，仍依賴于進(jìn)一步的研究。
研究團(tuán)隊(duì)表示，該方案有望最終實(shí)現(xiàn)一次對(duì)400萬(wàn)個(gè)量子比特的控制。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)雜志上。
原標(biāo)題為《Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field》。
(原標(biāo)題：晶體棱鏡為量子計(jì)算芯片帶來(lái)了更好的控制能力)
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