连接未来的量子计算机-用现有技术建造的简单新颖的计算机

时间:2020-04-26 15:19 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

连接未来的量子计算机-用现有技术建造的简单新颖的计算机

高效的量子计算有望实现经典计算机无法实现的进步。来自日本和悉尼的科学家合作提出了一种新的二维设计,可以使用现有的集成电路技术。该设计解决了目前量子计算机三维封装所面临的典型问题,使未来的发展更近了一步。

量子计算正日益成为物理和化学等领域的科学家以及制药、飞机和汽车工业的实业家的焦点。在全球范围内,谷歌和IBM等公司的研究实验室正在投入大量资源来改进量子计算机,这是有充分理由的。量子计算机利用量子力学的基本原理来处理比传统计算机快得多的大量信息。预计在实现量子计算的纠错容错后,将会出现前所未有的科学技术进步。

但事实证明,建造用于大规模计算的量子计算机在其架构方面是一个挑战。量子计算机的基本单位是“量子位”或“量子位”。它们通常是原子、离子、光子、电子等亚原子粒子,甚至是同时以多种状态存在的更大的元素,这使得快速获取大量数据的几种潜在结果成为可能。量子计算机的理论要求是这些计算机被安排在二维(2-D)阵列中,其中每个量子位都与其最近的邻居耦合,并连接到必要的外部控制线路和设备。当一个阵列中的量子位元数目增加时,就很难从边缘到达阵列内部的量子位元。为了解决这个问题,目前已经出现了复杂的三维(3-D)布线系统,跨越多个平面,许多电线在其中相交,这使得它们的构建成为一个重大的工程挑战。

来自日本东京大学、日本理研中心和悉尼科技大学的一组科学家,在蔡章申教授的带领下,提出了一个独特的方法来解决这个量子比特可达性问题,即修改量子比特阵列的结构。他们写道:“在这里,我们解决了这个问题,并提出了一种改进的超导微结构,它不需要任何3d外设技术,而是回归到完全的平面设计。”这项研究发表在《新物理学杂志》上。

科学家们从一个量子位的正方形点阵开始,并在二维平面上展开每一列。然后,他们将每一列依次折叠起来,形成一个称为双线性数组的二元一维数组。这把所有的量子位都放在了边缘上,简化了所需的布线系统的安排。系统是二维的。在这个新的体系结构中,一些inter-qubit wiring-each量子位也连接到所有相邻量子位的万象,重叠,但因为这些是唯一连接重叠,风桥等简单的局部三维系统的重叠是足够的和系统整体仍在二维。可以想象,这大大简化了它的构造。

科学家们通过数值和实验评估来评估这种新安排的可行性,在评估中,他们测试了一个信号在通过空气桥之前和之后保留了多少。两项评估的结果都表明,可以使用现有技术建立和运行该系统,而不需要任何3d安排。

科学家们的实验还表明,他们的结构解决了困扰三维结构的几个问题:它们很难构造,在两根导线上传输的波之间存在串扰或信号干扰,量子位元脆弱的量子态可以降解。新的伪二维设计减少了导线交叉的次数,从而减少了串扰,从而提高了系统的效率。

当世界各地的大型实验室都在试图寻找建造大规模容错量子计算机的方法时,这项令人兴奋的新研究的发现表明,这种计算机可以使用现有的二维集成电路技术来建造。蔡明介表示:“量子计算机是一种信息设备,预计将远远超出现代计算机的能力。”这方面的研究才刚刚开始,蔡教授总结说:“我们正计划建造一个小型电路,以进一步研究和探索这种可能性。”

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