开户即送58体验金不限id 最众可原谅400万个量子比特,科学家发现量子计算机“拼图缺失片面”.

2021-08-30

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近日,新南威尔士大学的钻研团队解决了一个困扰学术界数十年的题目:即如何在不占用珍贵空间的情况下限制数百万个量子比特。该团队挑出了一栽能同时限制数百万个自旋量子比特的新技术,或将添速商用量子计算机的到来。

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(来源:新南威尔士大学)

这意味着开发全尺寸量子计算机的壮大窒碍得以破除,钻研团队外示借助该收获他们找到了“量子计算机架构中‘缺失的拼图’”。

(来源:新南威尔士大学)

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当地时间 8 月 13 日,有关论文以《行使全局场的纳米电子器件中的单电子自旋共振》(Single-electronspin resonance in a nanoelectronic device using a global field)为题,发外在 ScienceAdvances 上。另据悉,此次钻研由该校电气工程与电信学院高级钻研员贾里德·普拉(Jarryd Pla)负责。

图 | 有关论文(来源:Science Advances)

上海交大量子新闻专科博士乔璐枫通知 DeepTech:“大周围量子比特的限制能力对于实现量子计算机至关主要。量子计算机在很众主要题目上,如量子模拟(协助原料和药物开发)和优化,都隐微优于经典的同类计算机。然而对于一个用于解决实际题目的大周围和十足容错的量子计算机,能够必要超过 100 万量子比特。这项做事将之前的几个量子比特设备发展到具有超过一百万个量子比特的硅量子处理器,能够说是一栽飞跃性的挺进。

(来源:新南威尔士大学)

追求量子计算架构中“缺失的拼图”

倘若你看过量子计算机的图片,就会发现它们往往是像冰箱相通大幼的迷宫式机器,内里还带有大量复杂的限制编制和冷却编制。

现在,大无数目子计算机都要给处理器上的一切量子比特都竖立一条限制线,以便议决高频振荡信号、来转折量子比特的自旋状态或数据状态。

其中,实现自旋量子比特全局限制的一栽手段是,将芯片安放在传统的三维微波腔内,并且每根限制线都必须伸入到计算机的过冷内部。而这些限制线会产生额外炎量,这位导致量子比特的物理尺寸变大开户即送58体验金不限id,同时也会导致量子计算机的能力受限。

(来源:新南威尔士大学)

钻研人员评价称:“微波腔不太爱电路的存在,电路也不爱微波腔的存在。”理论上,一个损坏性较幼的微波源,能限制整个处理器中的一切量子比特,该团队也在实践中表清新这一点,即并非直接向每个量子比特发送信号,而是让量子比特与单一信号发生共振或脱离共振。

值得仔细的是,转折共振所需的设备已存在于量子比特的逻辑组件中,因此该手段会让处理器变得更复杂。该团队外示,现在的量子计算机往往是“十足紊乱的布线和各栽限制编制”,但此次新技术能大大简化它们。

现在,像谷歌“悬铃木”(Sycamore )云云的尖端量子计算机只有几十个量子位,但真实可投入行使的量子计算机,能够必要数千或数百万个量子比特。

将原型谐振器技术集成在量子比特芯片上

在此之前,科学家们仅议决对幼批量子比特的限制,来钻研量子处理器的概念验证模型。而限制电子自旋量子比特,也主要倚赖于将电流议决量子比特左右的电线来传递微波磁场。

(来源:新南威尔士大学)

倘若让量子计算机壮大到能解决全球壮大题目,比如新疫苗的设计,那么就必要数百万个量子比特。

这内里的挑衅专门大:最先,磁场随着距离的消极专门快,因此只能限制最挨近导线的量子比特。因此,当引入越来越众的量子比特,就必要增补越来越众的电线,而这将占用芯片上的大量空间。

此外,传统计算机将新闻存储为 0 或 1。但在量子计算机中,量子比特同时是两个数字的叠添状态,这栽叠添能力意味着量子计算机具有同时实走众项计算的能力。为了保持它们的量子能力,量子比特能够必要在极矮温环境中运走。

因此有关芯片必须在矮于 -270°C 的冰凉温度下运走,而引入更众导线会在芯片中产生过众炎量,这会让量子比特的郑重性受到亏损。那么,这时就只能回到行使线技术来限制量子比特的手段。

而该团队此次挑出的解决方案,是对硅芯片组织的重新构想。他们并异国在包含数百万量子比特的硅芯片上往竖立数千条限制线,而是钻研了从芯片上方产生磁场的可走性,并发现该磁场可同时操纵一切量子比特。

(来源:新南威尔士大学)

这栽同时限制一切量子比特的思想,最早于 20 世纪 90 年代挑出,但直到本次论文发外,此前也异国诞生出可走性手段。

而在该钻研中,钻研人员先是移除了量子比特左右的电线,然后设计一栽在整个编制中传递微波频率磁限制场的新手段。他们发现,谐振器产生的场可限制一个能原谅 400 万个量子比特的区域。此外,产生磁场所需的能量也相对较少,这基本上意味着产生的炎量很少。

该团队还在硅芯片上方引入了一个新组件,组件名字叫介电谐振器的晶体棱镜。当微波进入谐振器时,它会将微波的波长聚焦到更幼的尺寸。如此,就能在一切量子比特中,把微波功率有效转换为限制自旋的磁场。

图 | 介质谐振器(来源:新南威尔士大学)

而介电谐振器可将波长缩短到 1 毫米以下,这时就能把微波功率转换为限制一切量子比特自旋的磁场。

这边有两个关键创新:其一,无需给量子比特挑供壮大的驱动场,因此不会产生太众炎量;其二,整个芯片的磁场专门均匀,因此数百万个量子比特都得到了相通级别的限制。

尽管该团队开发了原型谐振器技术,但由于异国硅量子比特来做测试,为此他们找到该校另一支团队——由安德鲁·祖拉克(AndrewDzurak)教授带领的量子钻研团队。

随后,两支团队开起配相符钻研,他们把将本次研发的原型谐振器技术集成在量子比特芯片上,并取得了成功。

图 | 此次新南威尔士大学团队的成员:安德鲁·祖拉克(Andrew Dzurak)和贾里德·普拉(Jarryd Pla)

可解决实际商业题目的量子计算机,有看更早诞生

钻研人员通知媒体:“当实验表明成功时,吾们喜悦若狂。如何限制数百万个量子比特的题目困扰了吾很长时间,由于它是构建全尺寸量子计算机的主要窒碍。”

具有百万量子比特限制能力,就能够行使量子计算机来解决实际题目,比如新疫苗的设计,而不光限于量子优厚性的演示和表清新。另外,该技术中仅行使单个微波源,就能够同时向数百万个量子比特挑供限制信号。”

原形上,新南威尔士大学团队在量子钻研上已积累了肯定收获。2020 年 4 月,由安德鲁·祖拉克(Andrew Dzurak)领导的团队发布了一个概念验证型量子处理器单元,它能让量子计算机以 1.5 的速度做事,这比此前量子处理器可做事的温度高出 15 倍,而清淡量子计算机必要在比绝对零高几分之一度下运走,因此这能让钻研人员无需再购买数百万美元的制冷设备。

另据悉,安德鲁照样 Qucor Pty Ltd 公司的董事,该公司旨在将有关钻研商业化。异日,该团队将行使此次收获,来简化硅量子处理器的设计。

详细来说,议决移除片上限制线,就能给额外量子比特、以及构建量子处理器所需的其他电子设备腾出空间,也会让生产具有数十个量子比特设备的义务变得更浅易。

而本次收获的实现,放在 20 世纪 80 年代还只是一个梦想。同时,也意味着异日十年内,有看诞生行使数千个量子比特来解决实际商业题目的量子计算机,比如,药物和疫苗设计、代码解密、人造智能亲善候转折等,都有看是量子计算技术的受好周围。

军事科学院国防科技创新钻研院钻研员强晓刚通知 DeepTech:“这项钻研展现了一栽面向电子自旋量子比特的新式操控手段,有看实现周围化的电子自旋量子比特操控。随着量子比特可操控周围的添长,量子编制的计算能力也将迅速添长,在量子模拟和优化等题目中,将逐渐展现超越经典的计算能力,从而在新式原料辅助设计、药物研发、组相符优化等行使周围有看发挥主要作用。”

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