【最新研究】反超中國量子技術?澳美科學家獲突破!迄今最先進的量子晶片誕生

2020年年底以來, 量子計算領域的多項創新接連湧現, 大大推動了量子電腦的發展。 二月初, 來自澳大利亞和微軟的科學家們再次取得突破式進展!成功創造了一種低溫量子電腦晶片, 能夠輕鬆處理數千個量子比特, 可能為下一代量子電腦鋪平道路。 相關成果發表於《Nature Electronics》上, 引發學界廣泛關注!

據介紹, 這種低溫量子晶片由悉尼大學與微軟合作工程師共同設計, 能夠輕鬆處理數千個量子比特(量子計算的「語言」符號), 相比目前最多處理幾十個量子比特的初級量子電腦, 性能提升了兩個數量級!

該晶片的聯合發明人Kushal Das博士表示, 「這個晶片改變了有關量子計算的一切......這標誌著迄今為止人類最先進的量子晶片誕生, 在追求量子飛躍的時代向前邁出了巨大一步。 」

傳統電腦採用二進位的資訊單位, 即「0」狀態或「1」狀態;而量子電腦雖然依舊是二進位, 但同時引入了一種新的狀態:「0」和「1」。 在這三種狀態下, 量子電腦的資料傳輸量急劇提升。

為了最大程度上激發量子計算的潛力, 新的晶片需要同時進行上千乃至上百萬的量子比特計算。 而傳統電腦受限於晶片的物理體系結構, 最多只能進行幾十個量子比特(約50個)的運算。 而新的低溫量子晶片有效消除了這一結構層面的限制。 上圖為包含低溫晶片的模組化控制平臺。

要想建立一個可以處理大量量子資訊的「瘋狂」系統是一項艱巨的任務。 這種低溫量子晶片是一種互補金屬氧化物半導體, 簡稱CMOS。 CMOS晶片位於主機板的心臟區域, 它保留了一小部分記憶體, 用於發出控制重要任務的指令。

問題在於, 量子電腦在高溫環境中會引發資訊「畸變」, 導致資訊傳輸出現差錯, 因此保持低溫基本上是唯一的解決方案。 在新的設計方案中, 低溫量子晶片必須保持在100mK的超低溫狀態(即-273.05℃)——幾乎是絕對零度。

此外,這種新的低溫量子CMOS晶片僅需兩條電纜傳輸資料,大大提高了資訊輸出效率。不得不說,這一跨越式的技術突破將量子電腦的天花板大大抬高,為我們描繪出了更富有想像力的未來。當然,在解決了傳輸效率、計算效率之後,未來還將繼續對運行功耗、保真度(計算準確性)、可擴展性進行優化。

此外,這種新的低溫量子CMOS晶片僅需兩條電纜傳輸資料,大大提高了資訊輸出效率。不得不說,這一跨越式的技術突破將量子電腦的天花板大大抬高,為我們描繪出了更富有想像力的未來。當然,在解決了傳輸效率、計算效率之後,未來還將繼續對運行功耗、保真度(計算準確性)、可擴展性進行優化。

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