連接未來的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)新穎簡(jiǎn)單的構(gòu)建

（文章來源：教育新聞網(wǎng)）

量子計(jì)算正日益成為物理和化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家以及制藥，飛機(jī)和汽車行業(yè)的工業(yè)家的焦點(diǎn)。在全球范圍內(nèi)，谷歌和IBM等公司的研究實(shí)驗(yàn)室正出于充分的理由在改進(jìn)量子計(jì)算機(jī)上投入大量資源。量子計(jì)算機(jī)使用量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地處理大量信息?？梢灶A(yù)期，當(dāng)實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)和容錯(cuò)的量子計(jì)算時(shí)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將以前所未有的規(guī)模發(fā)生。

但是，構(gòu)建用于大規(guī)模計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)在其體系結(jié)構(gòu)方面被證明是一個(gè)挑戰(zhàn)。量子計(jì)算機(jī)的基本單位是“量子位”或“量子位”。這些通常是原子，離子，光子，亞原子粒子(例如電子)或更大的元素，它們同時(shí)以多種狀態(tài)存在，從而有可能針對(duì)大量數(shù)據(jù)快速獲得多種潛在結(jié)果。量子計(jì)算機(jī)的理論要求是將它們排列成二維(2D)陣列，其中每個(gè)量子位都與其最近的鄰居耦合并連接到必要的外部控制線和設(shè)備。當(dāng)陣列中的量子位數(shù)量增加時(shí)，變得難以從邊緣到達(dá)陣列內(nèi)部的量子位。

由日本東京科學(xué)大學(xué)，日本理研大學(xué)緊急物質(zhì)科學(xué)中心和悉尼科技大學(xué)組成的一組科學(xué)家，由蔡振申教授領(lǐng)導(dǎo)，提出了一種獨(dú)特的解決方案，可通過修改該體系結(jié)構(gòu)來解決該量子位可訪問性問題。量子位數(shù)組。他們說：“在這里，我們解決了這個(gè)問題，并提出了一種改進(jìn)的超導(dǎo)微體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)不需要任何3D外線技術(shù)，而可以恢復(fù)為完全平面的設(shè)計(jì)?！边@項(xiàng)研究已發(fā)表在《新物理學(xué)》上。

科學(xué)家們從一個(gè)量子比特的方格陣列開始，并在2D平面中擴(kuò)展了每一列。然后，他們將每個(gè)連續(xù)的列彼此折疊，形成稱為“雙線性”陣列的雙一維陣列。這將所有量子比特置于邊緣，并簡(jiǎn)化了所需布線系統(tǒng)的布置。該系統(tǒng)也完全處于2D模式。在這種新的體系結(jié)構(gòu)中，部分量子位間的布線(每個(gè)量子位也連接到陣列中的所有相鄰量子位)確實(shí)重疊，但是由于這些是布線中的唯一重疊，因此簡(jiǎn)單的本地3D系統(tǒng)(例如飛機(jī)橋)重疊點(diǎn)就足夠了，系統(tǒng)整體保持2D狀態(tài)?？梢韵胂?，這大大簡(jiǎn)化了其構(gòu)造。

科學(xué)家們通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)評(píng)估來評(píng)估這種新安排的可行性，在這種評(píng)估中，他們測(cè)試了在信號(hào)通過機(jī)場(chǎng)之前和之后保留了多少信號(hào)。兩次評(píng)估的結(jié)果均表明，可以使用現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建和運(yùn)行該系統(tǒng)，而無需任何3D布置。

科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)還表明，他們的體系結(jié)構(gòu)解決了困擾3D結(jié)構(gòu)的若干問題：它們難以構(gòu)造，在兩條導(dǎo)線之間傳輸?shù)牟ㄖg存在串?dāng)_或信號(hào)干擾，并且量子位的脆弱量子態(tài)可能退化。新穎的偽2D設(shè)計(jì)減少了導(dǎo)線彼此交叉的次數(shù)，從而減少了串?dāng)_，從而提高了系統(tǒng)的效率。

在世界范圍內(nèi)的大型實(shí)驗(yàn)室試圖找到構(gòu)建大型容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的方法之時(shí)，這項(xiàng)令人振奮的新研究的發(fā)現(xiàn)表明，可以使用現(xiàn)有的2D集成電路技術(shù)來構(gòu)建此類計(jì)算機(jī)。蔡教授指出：“量子計(jì)算機(jī)是一種信息設(shè)備，有望遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的功能?！背@個(gè)方向的研究旅程僅始于這項(xiàng)研究，蔡教授總結(jié)說：“我們正計(jì)劃建造一個(gè)小型電路，以進(jìn)一步研究和探索這種可能性?！?br /> （責(zé)任編輯：fqj）