开拓性的量子硬件允许在低温下控制多达数千个量子比特

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量子计算为解决以前无法解决的问题提供了解决方案的希望，但是为了兑现这一承诺，必须保留和处理包含在最微妙的资源中的信息：高度纠缠的量...

www.cnsoftnews.com/, Dec. 05, 2023 – 

量子计算为解决以前无法解决的问题提供了解决方案的希望，但是为了兑现这一承诺，必须保留和处理包含在最微妙的资源中的信息：高度纠缠的量子态。使这一挑战变得如此棘手的一件事是，必须在极端环境中使用量子设备以保存量子信息，但是必须将信号发送到每个量子位以操纵该信息，本质上，这需要一条信息高速公路极端的环境。而且，这两个问题都必须以远远超过当今量子器件技术的规模来解决。

微软的戴维·赖利(David Reilly)领导着微软和悉尼大学研究人员组成的团队，为后一个问题开发了一种新颖的方法。他们没有使用室温电子设备来产生电压脉冲来控制基本温度比星际空间低20倍的专用冰箱中的量子位，而是发明了一种称为"醋栗"的控制芯片，该芯片位于量子设备旁边。并在冰箱底部盛行的极端条件下运行。他们还开发了一种通用的低温计算核，该核可在比星际空间略高的温度下运行，这可以通过浸入液态氦中来实现。该内核执行确定发送到Gooseberry的指令所需的经典计算，然后反过来，将电压脉冲馈送到量子位。这些新颖的经典计算技术解决了与控制数千个量子位相关的I / O噩梦。

量子计算可能会改变游戏规则，从而影响化学，密码学以及更多领域。量子计算机的组成部分不仅是零和一，而且是零和一的叠加。量子计算的这些基本单位称为量子位(qubit)(量子位的缩写)。将qubits组合到复杂的设备中并对其进行操作可以为解决方案打开一扇门，即使对于功能最强大的经典计算机而言，这些解决方案也要终身使用。

尽管量子位具有无与伦比的潜在计算能力，但是它们却具有致命弱点：极大的不稳定。由于量子态很容易受到环境的干扰，因此研究人员必须竭尽全力保护它们。这包括将它们冷却到几乎绝对零温度，并将它们与外界干扰(例如电噪声)隔离开。因此，有必要开发一个由许多组件组成的完整系统，并保持一个稳定的受控环境。但是所有这些必须在与量子位进行通信的同时完成。直到现在，这仍然需要像鸟巢一样的电缆缠结，它可以用于有限数量的量子位(甚至可能在"中间规模"下)，但不适用于大规模量子计算机。

微软Quantum研究人员一直在玩长期游戏，它采用一种整体方法来瞄准具有实际影响的应用所需的更大规模的量子计算机。达到这个更大的目标需要时间，深思熟虑和对未来的承诺。在这种情况下，控制大量量子位的挑战迫在眉睫，尽管未来具有数千个量子位的量子计算设备仍然需要很多年。

进入以David Reilly博士为首的Microsoft和悉尼大学研究人员团队，他们开发了一种低温量子控制平台，该平台使用专用的CMOS电路来获取数字输入并生成许多并行的量子位控制信号-从而可以成千上万的规模支持量子位-比以前的技术领先。为该平台提供动力的芯片称为Gooseberry，通过以100毫开尔文(mK)的功率运行，同时耗散足够低的功率，从而解决了量子计算机中I / O的多个问题，从而使其功率不超过标准商用冰箱的冷却功率。这些温度。这回避了将成千上万的电线插入冰箱的原本难以克服的挑战。

他们的工作在本月发表于《自然》上的一篇论文中进行了详细介绍，该论文名为"用于控制许多量子位的低温接口"。他们还扩大了这项研究的范围，以创造出同类首个通用型冷冻计算核，比量子堆叠高了一步。它的工作温度约为2开尔文(K)，将其浸入液态氦中即可达到该温度。尽管仍然很冷，但它比醋栗运行时的温度高20倍，因此可提供400倍的冷却功率。由于耗散了400倍的热量，因此该内核能够进行通用计算。两种具有远见的硬件都是迈向大规模量子计算机过程的关键性进展，并且是多年工作的结果。

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