量子計算正日益成為物理和化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家以及制藥，飛機和汽車行業(yè)的工業(yè)家的焦點。在全球范圍內(nèi)，谷歌和IBM等公司的研究實驗室正出于充分的理由在改進量子計算機上投入大量資源。量子計算機使用量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識，比傳統(tǒng)計算機更快地處理大量信息?？梢灶A(yù)期，當(dāng)實現(xiàn)糾錯和容錯的量子計算時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將以前所未有的規(guī)模發(fā)生。

但是，構(gòu)建用于大規(guī)模計算的量子計算機在其體系結(jié)構(gòu)方面被證明是一個挑戰(zhàn)。量子計算機的基本單位是“量子位”或“量子位”。這些通常是原子，離子，光子，亞原子粒子(例如電子)或更大的元素，它們同時以多種狀態(tài)存在，從而有可能針對大量數(shù)據(jù)快速獲得多種潛在結(jié)果。量子計算機的理論要求是將它們排列成二維(2D)陣列，其中每個量子位都與其最近的鄰居耦合并連接到必要的外部控制線和設(shè)備。當(dāng)陣列中的量子位數(shù)量增加時，變得難以從邊緣到達陣列內(nèi)部的量子位。

由日本東京科學(xué)大學(xué)，日本理研大學(xué)緊急物質(zhì)科學(xué)中心和悉尼科技大學(xué)組成的一組科學(xué)家，由蔡振申教授領(lǐng)導(dǎo)，提出了一種獨特的解決方案，可通過修改該體系結(jié)構(gòu)來解決該量子位可訪問性問題。量子位數(shù)組。他們說：“在這里，我們解決了這個問題，并提出了一種改進的超導(dǎo)微體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)不需要任何3D外線技術(shù)，而可以恢復(fù)為完全平面的設(shè)計。”這項研究已發(fā)表在《新物理學(xué)》上。

科學(xué)家們從一個量子比特的方格陣列開始，并在2D平面中擴展了每一列。然后，他們將每個連續(xù)的列彼此折疊，形成稱為“雙線性”陣列的雙一維陣列。這將所有量子比特置于邊緣，并簡化了所需布線系統(tǒng)的布置。該系統(tǒng)也完全處于2D模式。在這種新的體系結(jié)構(gòu)中，部分量子位間的布線(每個量子位也連接到陣列中的所有相鄰量子位)確實重疊，但是由于這些是布線中的唯一重疊，因此簡單的本地3D系統(tǒng)(例如飛機橋)重疊點就足夠了，系統(tǒng)整體保持2D狀態(tài)。可以想象，這大大簡化了其構(gòu)造。

科學(xué)家們通過數(shù)值和實驗評估來評估這種新安排的可行性，在這種評估中，他們測試了在信號通過機場之前和之后保留了多少信號。兩次評估的結(jié)果均表明，可以使用現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建和運行該系統(tǒng)，而無需任何3D布置。

科學(xué)家的實驗還表明，他們的體系結(jié)構(gòu)解決了困擾3D結(jié)構(gòu)的若干問題：它們難以構(gòu)造，在兩條導(dǎo)線之間傳輸?shù)牟ㄖg存在串?dāng)_或信號干擾，并且量子位的脆弱量子態(tài)可能退化。新穎的偽2D設(shè)計減少了導(dǎo)線彼此交叉的次數(shù)，從而減少了串?dāng)_，從而提高了系統(tǒng)的效率。

在世界范圍內(nèi)的大型實驗室試圖找到構(gòu)建大型容錯量子計算機的方法之時，這項令人振奮的新研究的發(fā)現(xiàn)表明，可以使用現(xiàn)有的2D集成電路技術(shù)來構(gòu)建此類計算機。蔡教授指出：“量子計算機是一種信息設(shè)備，有望遠遠超過現(xiàn)代計算機的功能。”朝著這個方向的研究旅程僅始于這項研究，蔡教授總結(jié)說：“我們正計劃建造一個小型電路，以進一步研究和探索這種可能性。”