2020-04-16 09:07
英國《自然》雜誌15日發表的兩項獨立研究，成功演示了能在以現有運行溫度的15倍溫度下運作的量子計算平臺。運行溫度提至1開爾文以上被認為是該領域一個重要里程碑，對於將現有原型擴展至更大更強的量子計算機來說，研究結果將能帶來極大影響。
量子比特對應經典的計算比特，可以通過超導電路實現或在半導體（比如硅）內形成。這類固態平臺需要冷卻至極低溫度，因為熱量產生的振動會干擾量子比特，進而影響性能。一般來說，固態平臺需要在約0.1開爾文（零下273.05攝氏度）的溫度下運轉——這需要非常昂貴的製冷技術。
此次最新的兩項獨立研究分別報道了各自的概念驗證性實驗，成功讓硅基量子計算平臺在超過1開爾文的溫度下運行。其中荷蘭代爾夫特理工大學科學家曼諾·維爾德霍斯特及其同事，製作了一個能在1.1開爾文溫度運作的量子電路；澳大利亞新南威爾士大學的研究團隊演示的一個系統，則能在約1.5開爾文的溫度下運作。
兩項研究都把限制在硅中的電子自旋作為量子比特，並與周圍能在超過1開爾文溫度下正常運作的材料很好地隔離開來。在這個溫度下，可以引入定域電子來操控量子比特，研究人員認為，這是將這類量子處理器擴展至百萬量子比特的先決條件。
儘管此次升溫幅度相對來看並不大，但能將運行溫度提至1開爾文以上是一個重要的里程碑，因為冷卻到這一閾值以下既不容易也不便宜。隨著溫度提高到1開爾文以上，成本將大幅下降，效率將顯著提升。此外，硅基平臺也是很有誘惑力的選擇，因為這將有利於集成利用現有硅基硬件的經典系統。
量子計算機無疑具有令人難以置信的能力，但現階段有一個眾所周知的問題——量子比特的不穩定性，以及另一個不怎麼為人所知的問題——運行所需的溫度條件。目前最流行的量子比特類型，基本都只在極低的溫度下存在，如果不想繼續以鉅額支出來維持冷卻系統，要麼能拿出使系統保持在如此低溫下的低成本解決方案，要麼提升運行溫度。由此我們才說，本文這一新進展能為創造室溫下運行的量子計算機開闢出新前景，進而推動量子計算和量子互聯網技術走上應用之路。
