高效的量子計算有望實現經典計算機不可能實現的飛躍，來自日本和悉尼科學家合作並提出了一種新的二維設計，可以利用現有的集成電路技術來構建。這種設計解決了目前放大量子計算機三維封裝面臨的典型問題，使未來更近了一步。量子計算正日益成為物理、化學等領域的科學家和製藥、飛機、汽車等行業實業家關注的焦點。在全球範圍內，谷歌和IBM等公司的研究實驗室正在花費大量資源來改進量子計算機，這是有充分理由的。
量子計算機使用量子力學的基本原理，處理比經典計算機快得多的信息量。預計當糾錯和容錯量子計算實現時，科技進步將以前所未有的規模發生。但事實證明，就其架構而言，建造用於大規模計算的量子計算機是一個挑戰。量子計算機的基本單位是“量子比特”，這些通常是原子、離子、光子、亞原子粒子(如電子)，甚至是同時以多個狀態存在的更大元素，這使得快速獲得大量數據的幾個潛在結果成為可能。
對量子計算機的理論要求是，這些量子計算機排列成二維(2-D)陣列，其中每個量子比特都與其最近的鄰居耦合，並連接到必要的外部控制線和設備。當陣列中的量子比特數增加時，很難從邊緣到達陣列內部的量子比特。到目前為止，解決這個問題的需要，已經導致了跨越多個平面複雜的三維(3-D)佈線系統，其中許多導線相交，這使得它們的建設成為一個重大工程挑戰。來自日本東京科學大學、日本理研應急物質科學中心和悉尼科技大學的一組科學家：
在蔡昭申教授的帶領下，通過修改量子比特陣列的結構，提出了一個獨特的解決方案，來解決這個量子比特可及性問題：研究解決了這個問題，並提出了一種改進的超導微體系結構，它不需要任何3D外線技術，並且恢復到完全平面的設計，其研究成果現已經發表在《新物理》期刊上。科學家們從量子比特正方形格子陣列開始，在2-D平面上展開每一列。然後，將每一列連續的列疊加在一起，形成一個雙一維陣列，稱為雙線性陣列。
這就把所有的量子比特都放在了邊緣，簡化了所需佈線系統的安排。系統是二維的，在這個新的體系結構中，一些量子比特之間的佈線（每個量子比特也連接到陣列中所有相鄰的量子比特）確實重疊，但因為這些是佈線中唯一的重疊，簡單的局部三維繫統，如重疊點的氣橋就足夠了，系統總體上仍然是三維的。正如你可以想象的那樣，這大大簡化了結構，科學家們通過數值和實驗評估來評估這種新結構的可行性。
在這些評估中，測試了信號在重疊點氣橋之前和之後保留了多少。這兩項評估的結果都表明，可以使用現有技術建造和運行該系統，而不需要任何三維架構佈線。實驗還表明，架構解決了困擾三維結構的幾個問題：它們很難建造，通過兩根電線傳輸的波之間存在串擾或信號干擾，以及量子比特的脆弱量子態可能會退化。新穎的偽二維設計減少了導線相互交叉的次數，從而減少了串擾，從而提高了系統的效率。
在世界各地大型實驗室都在試圖尋找建造大規模容錯量子計算機的方法之際，這項令人興奮的新研究結果表明：可以使用現有的二維集成電路技術來建造這樣的計算機，量子計算機是一種信息設備，預計將遠遠超過現代經典計算機的能力，這方面的研究才從這項研究開始，研究人員正計劃建造一個小型電路，以進一步檢視和探索這種可能性。
博科園｜研究/來自：東京理科大學
參考期刊《新物理》
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