世界各地正在開發(fā)的大多數(shù)量子計算機只能在絕對零以上的幾分之一度內(nèi)工作。這需要數(shù)百萬美元的制冷，一旦將它們插入傳統(tǒng)的電子電路，它們就會立即過熱。

但是現(xiàn)在，悉尼新南威爾士大學的安德魯·德祖拉克(Andrew Dzurak)教授領導的研究人員已經(jīng)解決了這個問題。

Dzurak教授說：“我們的新結果為從實驗設備到可負擔的量子計算機開辟了一條道路，可用于現(xiàn)實世界的商業(yè)和政府應用。”

研究人員在硅芯片上進行概念驗證的量子處理器單位單元的工作溫度為1.5開爾文(Kelvin)，比Google，IBM等使用超導量子位的主要競爭芯片技術高15倍。

Dzurak解釋說：“這仍然很冷，但僅用幾千美元的制冷量就可以達到這個溫度，而不是將芯片冷卻到0.1開爾文所需的數(shù)百萬美元。”

“盡管使用我們?nèi)粘５臏囟雀拍詈茈y理解，但這種增加在量子世界中是極端的。”

從精密的藥物制造到搜索算法，在許多重要問題上，量子計算機都有望勝過傳統(tǒng)計算機。然而，設計一種可以在實際環(huán)境中制造和運行的設備是一項重大的技術挑戰(zhàn)。

新南威爾士大學的研究人員認為，他們已經(jīng)克服了阻礙量子計算機成為現(xiàn)實的最艱巨的障礙之一。

在今天《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中，Dzurak的團隊與加拿大，芬蘭和日本的合作者一起報告了一種概念驗證的量子處理器單元，該單元與全球正在探索的大多數(shù)設計不同，不需要在溫度低于開爾文的十分之一。

Dzurak小組于去年2月通過學術預印本檔案首次宣布了他們的實驗結果。然后，在2019年10月，由Dzurak小組的前博士后研究員Menno Veldhorst領導的荷蘭小組宣布了使用2014年UNSW開發(fā)的相同硅技術的類似結果。證實了這種“熱量子比特”行為世界上相反的兩個小組的研究導致這兩篇論文在今天同一期《自然》雜志上“背對背”發(fā)表。

量子位對是量子計算的基本單位。就像它的經(jīng)典計算類似物“位”一樣，每個量子位都表征兩個狀態(tài)(0或1)以創(chuàng)建二進制代碼。但是，與一點點不同，它可以同時顯示兩種狀態(tài)，即所謂的“疊加”。

Dzurak團隊開發(fā)的單位單元包含兩個量子位，它們被限制在一對嵌入硅的量子點中。放大后的結果可以使用現(xiàn)有的硅芯片工廠進行生產(chǎn)，并且無需數(shù)百萬美元的冷卻即可運行。與傳統(tǒng)的硅芯片集成起來也將更加容易，這將是控制量子處理器所必需的。

能夠執(zhí)行設計新藥物所需的復雜計算的量子計算機，例如，將需要數(shù)百萬個量子位對，并且通常被認為距離至少十年。對數(shù)百萬個量子位的需求對設計人員提出了巨大挑戰(zhàn)。

Dzurak解釋說：“添加到系統(tǒng)中的每個量子位對都會增加產(chǎn)生的總熱量，并且增加的熱量會導致錯誤。這就是為什么當前設計必須保持在絕對零附近的原因。”

維持足夠量子位的量子計算機以在比深空冷得多的溫度下使用的前景令人生畏，昂貴且將制冷技術推向了極限。

但是，UNSW團隊通過使用兩個量子點之間的電子隧穿來初始化和“讀取”量子位對，從而為該問題提供了一種精妙的解決方案。

原理驗證實驗是由UNSW團隊的Henry Yang博士進行的，Dzurak將其描述為“出色的實驗主義者”。