如何克服量子計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的超高熱量仍是量子計(jì)算機(jī)研究當(dāng)中的一大難題。日前，科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新型的低溫計(jì)算機(jī)芯片，能夠在接近絕對(duì)零度的理論溫度極限下工作。

這種名為Gooseberry的低溫系統(tǒng)為量子計(jì)算領(lǐng)域的革命奠定了基礎(chǔ)——使新一代機(jī)器能夠以數(shù)千夸比特（即量子位元）或更多的量子進(jìn)行計(jì)算。而當(dāng)今最先進(jìn)的設(shè)備僅由50個(gè)夸比特組成。該研究成果由來(lái)自悉尼大學(xué)和微軟量子實(shí)驗(yàn)室的量子物理學(xué)家Daivd Reilly教授及團(tuán)隊(duì)于日前在線發(fā)表在Nature子刊Nature Electronics上，題為《A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits》（用于產(chǎn)生多量子控制信號(hào)的低溫CMOS芯片）。

目前世界上最大的量子計(jì)算機(jī)僅以50個(gè)左右的夸比特運(yùn)行。這是因?yàn)榭浔忍匦枰獦O端水平的冷量來(lái)運(yùn)作（除了其他可控條件），而當(dāng)今量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的電氣線路不可避免地輸出少量但足夠的熱量，從而破壞了熱要求。

科學(xué)家們正在研究如何繞過(guò)這一點(diǎn)。但迄今為止，許多量子創(chuàng)新都依賴于構(gòu)筑龐大的布線裝置，以保持溫度穩(wěn)定，從而可以不斷增加的夸比特?cái)?shù)。但這種解決方案有其自身的局限性。

解決這一瓶頸的方法可能是Gooseberry：正如論文中描述的那樣，一種低溫控制芯片可以在 “毫開(kāi)爾文”溫度下工作，溫度僅比絕對(duì)零度高一小部分。

這種極端的熱容量意味著它可以與夸比特一起坐在超冷的冷藏環(huán)境中，與它們進(jìn)行互連，并將夸比特的信號(hào)傳遞給位于外面另一個(gè)浸泡在液氦中的極冷罐中的次級(jí)核心。

這樣一來(lái)，它就去掉了所有多余的布線和它們產(chǎn)生的多余熱量。這意味著當(dāng)代量子計(jì)算中的夸比特瓶頸可能很快就會(huì)成為過(guò)去。

“該芯片是在這種溫度下運(yùn)行的最復(fù)雜的電子系統(tǒng)，”Reilly解釋道，“這是第一次有10萬(wàn)個(gè)晶體管的混合信號(hào)芯片在0.1開(kāi)爾文，相當(dāng)于-459.49華氏度，或-273.05攝氏度的溫度下工作。”

該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，他們的超低溫芯片最終可以控制數(shù)千個(gè)夸比特——大約比今天的可能性增加了20倍。在未來(lái)，這種方法將能把量子計(jì)算機(jī)的性能提升一大截。

該領(lǐng)域?qū)＜冶硎?，雖然我們可能還需要一段時(shí)間才能看到這種科技在實(shí)驗(yàn)室外投入實(shí)際使用，但毫無(wú)疑問(wèn)，我們正在目睹量子計(jì)算機(jī)的一大進(jìn)步。