量子總線連接量子芯片取得突破，或是商用量子計算機關(guān)鍵

9月27日消息（南山）要證明量子計算機在實際應(yīng)用中的價值，需要數(shù)百萬的量子比特，可擴展性是未來量子計算機發(fā)展的最大挑戰(zhàn)之一。其中一個問題是，量子比特必須在芯片上彼此非常接近，以便將它們耦合在一起。

尤利希研究中心和亞琛工業(yè)大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)向解決這個問題邁進了一大步。他們成功地將電子——量子信息的載體--在一個量子芯片上傳輸了幾微米。他們的 "量子總線"可能是掌握躍遷到數(shù)百萬量子比特的關(guān)鍵部件。

量子計算機有可能在某些任務(wù)上大大超過傳統(tǒng)計算機的能力，但在能夠幫助解決現(xiàn)實世界的問題之前，還有很長的路要走。許多應(yīng)用需要具有數(shù)百萬量子比特的量子處理器。今天的原型機僅僅具有幾個這樣的計算單元。

"目前，每個單獨的量子比特通過幾條信號線，連接到大約一個櫥柜大小的控制單元。這對幾個量子比特來說仍然有效。但如果你想在芯片上放置數(shù)百萬個量子比特，它就不再有意義了，因為那是量子糾錯所必需的。"來自尤利希研究中心JARA量子信息研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)的Lars Schreiber博士說。

采用量子總線的量子芯片

在某種程度上，信號線的數(shù)量成為一個瓶頸。與微小的量子比特尺寸相比，這些線路占用了太多的空間。而且，一個量子芯片不可能有數(shù)以百萬計的輸入和輸出--一個現(xiàn)代的經(jīng)典芯片只包含大約2000個這樣的輸入和輸出。

兩所機構(gòu)的總體目標是將部分控制電子設(shè)備直接集成在芯片上。該方法是基于由硅和鍺制成的半導(dǎo)體自旋量子比特，這種類型的量子比特相對較小。其制造過程與傳統(tǒng)的硅處理器的制造過程基本一致。當涉及到實現(xiàn)非常多的量子比特時，這被認為是有利的，但首先必須克服一些基本的障礙。

“僅由粒子的接近引起的自然糾纏被限制在一個非常小的范圍內(nèi)，大約100納米。為了使量子比特耦合，它們目前必須被放在非?？拷鼘Ψ降牡胤??！盠ars Schreiber說：“那里根本沒有空間安裝我們想安裝的額外控制電子裝置。”

Lars Schreiber博士（左二）和Hendrik Bluhm教授（右一）與JARA量子信息研究所的博士生Tom Struck（左一）和Niels Focke（右二）在一起。

為了將量子比特分開，JARA量子信息研究所提出了一個量子穿梭機的想法。這個特殊的組件應(yīng)該有助于在更遠的距離上在量子比特之間交換量子信息。研究人員已經(jīng)研究了“量子總線”5年，并申請了10多項專利。這項研究是作為歐洲QuantERA聯(lián)盟Si-QuBus的一部分開始的，現(xiàn)在正與工業(yè)伙伴一起在德國聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）的國家項目QUASAR中繼續(xù)進行。

"從一個量子比特到下一個量子比特必須有大約10微米的橋接。根據(jù)理論，數(shù)以百萬計的量子比特可以通過這樣的架構(gòu)實現(xiàn)。我們最近與尤利希研究中心的工程、電子和分析中央研究所的電路工程師合作預(yù)測了這一點，"JARA量子信息研究所所長Hendrik Bluhm教授解釋。代爾夫特理工大學(xué)和英特爾的研究人員也得出了同樣的結(jié)論。

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