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量子电路制冷器:让量子计算更加可靠!

简介:

导读

最近,芬兰阿尔托大学科学家团队开发出一种量子电路制冷器,能够减少量子计算的错误,使之更加准确可靠。

关键字

量子位、量子计算机、冷却

背景

全球范围内,功能性量子计算机方面的研究和竞赛正在如火如荼地开展。John 之前也介绍过量子计算机方面的一些技术前沿技术进展,例如:

  • 《通用量子计算机领域的重要进展:“小型化量子位”技术》

  • 《IBM量子计算平台和云端量子处理器》

  • 《快十万倍!飞秒激光脉冲技术将带来超高速量子计算机》

5月3日,世界上首台超越早期经典计算机的光量子计算机,于上海亮相,首次成功实现十个超导量子位的纠缠,中国科学家再次站到了量子计算这一创新领域的最前沿!

未来,量子计算机能够完成以前的传统计算机无法完成的任务,在超级计算、信息处理、感知和建模、人工智能等方面,都会大显身手。

创新

量子电路制冷器:让量子计算更加可靠!

(图片来源于:Mikko Raskinen/芬兰阿尔托大学)

然而,今天John要介绍的这项创新成果,和量子计算机的温度相关,更准确一点说是和冷却有关。它是在一种纳米级的制冷器,利用电压可控的电子隧道效应,对于超导谐振器进行直接冷却。

这项研究由芬兰阿尔托大学量子物理学家 Mikko Möttönen 领导团队开发,研究成果发表于《自然通信》杂志上。

冷却,可以减少量子计算机的运算错误。这项技术对于量子计算机来说,是一个新的转折点。

技术

首先,量子计算机和普通计算机的一个十分重要的区别就是:量子位

对于普通的二进制计算机来说,存储信息用的是比特位(用0和1)。而对于量子计算机来说,用的是量子位(qubit),它用于表示量子信息。简单说,量子位是一个双态量子系统(如光子的偏振态、或电子的自旋态等等),而量子位的个数,也就是双态量子系统的个数。

但是,非常重要的关键点就是,一个量子位可能同时处于“既是0和又是1”的状态。量子比特的多功能性,有利于进行复杂计算,同时也使得它们对于外部扰动敏感。所以,在以前的一篇文章中《科学家使用反馈控制技术来稳定量子比特》,也将到了如何稳定量子位。

和计算机、处理器、智能手机等电子产品一样,热量也会对于量子计算机造成影响,所以冷却机制十分重要

未来,我们将看到成千上万的量子位,会同时进行计算,而且有可能更多。所以,为了保证获取到正确结果,在计算开始时,必须对于每个量子比特进行复位。如果量子比特过热,它们就会无法进行初始化,因为它们在不同状态之间的切换会太频繁。

所以,Möttönen的研究小组针对这个问题,探索出了一种创新方案,他们采用了我们很容易想到的冷却措施:制冷器。但是,这并不是普通意义上像冰箱一样的制冷器,而是在量子电路中使用的制冷器。

下面这张图展示了:这个厘米级的硅芯片,具有两个并行的超导体振荡器,量子电路的制冷器和它有连接。

量子电路制冷器:让量子计算更加可靠!

(图片来源于:Kuan Yen Tan/芬兰阿尔托大学)

研究人员通过让单独的电子穿过两纳米厚的绝缘体,对于如同量子位的超导谐振器进行了冷却。单独的电子能够从外部电压源获取的能量,相对较少,无法满足直接隧道效应的需求。这样,电子就会从附近的量子设备获取能量,使得这些设备损耗能量,并且冷却下来。同时,通过调整外部电压,可实现对于冷却的开关切换。

量子电路制冷器:让量子计算更加可靠!

(图片来源于:参考资料【2】)

价值

这种纳米级的制冷器,使得大多数的电气量子设备可以迅速初始化,变得更加强大和可靠。它还有望在未来的超导量子计算机中,更加快速且准确的重置量子内存。

下一步,研究小组除了研究冷却谐振器外,还将会冷却实际的量子比特,另外还想利用制冷器进一步降低能够达到的最低温度,并且实现超快速的开关切换。


原文发布时间为:2017.09.22
本文作者:环球创新智慧
本文来源:今日头条,如需转载请联系原作者。

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