世界各地正在開發(fā)的大多數(shù)量子計算機(jī)只能在絕對零以上的幾分之一度內(nèi)工作。這需要數(shù)百萬美元的制冷，一旦將它們插入傳統(tǒng)的電子電路，它們就會立即過熱。

但是現(xiàn)在，悉尼新南威爾士大學(xué)的安德魯·德祖拉克(Andrew Dzurak)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)解決了這個問題。

Dzurak教授說：“我們的新結(jié)果為從實驗設(shè)備到可負(fù)擔(dān)的量子計算機(jī)開辟了一條道路，可用于現(xiàn)實世界的商業(yè)和政府應(yīng)用。”

研究人員在硅芯片上進(jìn)行概念驗證的量子處理器單位單元的工作溫度為1.5開爾文(Kelvin)，比Google，IBM等使用超導(dǎo)量子位的主要競爭芯片技術(shù)高15倍。

Dzurak解釋說：“這仍然很冷，但僅用幾千美元的制冷量就可以達(dá)到這個溫度，而不是將芯片冷卻到0.1開爾文所需的數(shù)百萬美元。”

“盡管使用我們?nèi)粘５臏囟雀拍詈茈y理解，但這種增加在量子世界中是極端的。”

從精密的藥物制造到搜索算法，在許多重要問題上，量子計算機(jī)都有望勝過傳統(tǒng)計算機(jī)。然而，設(shè)計一種可以在實際環(huán)境中制造和運(yùn)行的設(shè)備是一項重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

新南威爾士大學(xué)的研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)克服了阻礙量子計算機(jī)成為現(xiàn)實的最艱巨的障礙之一。

在今天《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中，Dzurak的團(tuán)隊與加拿大，芬蘭和日本的合作者一起報告了一種概念驗證的量子處理器單元，該單元與全球正在探索的大多數(shù)設(shè)計不同，不需要在溫度低于開爾文的十分之一。

Dzurak小組于去年2月通過學(xué)術(shù)預(yù)印本檔案首次宣布了他們的實驗結(jié)果。然后，在2019年10月，由Dzurak小組的前博士后研究員Menno Veldhorst領(lǐng)導(dǎo)的荷蘭小組宣布了使用2014年UNSW開發(fā)的相同硅技術(shù)的類似結(jié)果。證實了這種“熱量子比特”行為世界上相反的兩個小組的研究導(dǎo)致這兩篇論文在今天同一期《自然》雜志上“背對背”發(fā)表。

量子位對是量子計算的基本單位。就像它的經(jīng)典計算類似物“位”一樣，每個量子位都表征兩個狀態(tài)(0或1)以創(chuàng)建二進(jìn)制代碼。但是，與一點(diǎn)點(diǎn)不同，它可以同時顯示兩種狀態(tài)，即所謂的“疊加”。

Dzurak團(tuán)隊開發(fā)的單位單元包含兩個量子位，它們被限制在一對嵌入硅的量子點(diǎn)中。放大后的結(jié)果可以使用現(xiàn)有的硅芯片工廠進(jìn)行生產(chǎn)，并且無需數(shù)百萬美元的冷卻即可運(yùn)行。與傳統(tǒng)的硅芯片集成起來也將更加容易，這將是控制量子處理器所必需的。

能夠執(zhí)行設(shè)計新藥物所需的復(fù)雜計算的量子計算機(jī)，例如，將需要數(shù)百萬個量子位對，并且通常被認(rèn)為距離至少十年。對數(shù)百萬個量子位的需求對設(shè)計人員提出了巨大挑戰(zhàn)。

Dzurak解釋說：“添加到系統(tǒng)中的每個量子位對都會增加產(chǎn)生的總熱量，并且增加的熱量會導(dǎo)致錯誤。這就是為什么當(dāng)前設(shè)計必須保持在絕對零附近的原因。”

維持足夠量子位的量子計算機(jī)以在比深空冷得多的溫度下使用的前景令人生畏，昂貴且將制冷技術(shù)推向了極限。

但是，UNSW團(tuán)隊通過使用兩個量子點(diǎn)之間的電子隧穿來初始化和“讀取”量子位對，從而為該問題提供了一種精妙的解決方案。

原理驗證實驗是由UNSW團(tuán)隊的Henry Yang博士進(jìn)行的，Dzurak將其描述為“出色的實驗主義者”。