近日，新南威尔士大学的研究团队解决了一个困扰学术界数十年的问题：即如何在不占用宝贵空间的情况下控制数百万个量子比特。该团队提出了一种能同时控制数百万个自旋量子比特的新技术，或将破除开发全尺寸量子计算机的重大障碍，加速商用量子计算机的到来。相关论文以《使用全局场的纳米电子器件中的单电子自旋共振》（Single-electronspin resonance in a nanoelectronic device using a global field）为题，发表在Science Advances上。
大多数量子计算机都要给处理器上的所有量子比特都设置一条控制线，以便通过高频振荡信号、来改变量子比特的自旋状态或数据状态。其中，实现自旋量子比特全局控制的一种方法是，将芯片放置在传统的三维微波腔内，并且每根控制线都必须伸入到计算机的过冷内部。而这些控制线会产生额外热量，这位导致量子比特的物理尺寸变大，同时也会导致量子计算机的能力受限。因此，量子计算机一般体型巨大，并且带有大量复杂的控制系统和冷却系统。
该团队此次提出的解决方案，是对硅芯片结构的重新构想。他们并没有在包含数百万量子比特的硅芯片上去设置数千条控制线，而是研究了从芯片上方产生磁场的可行性，并发现该磁场可同时操纵所有量子比特。
这种同时控制所有量子比特的想法，最早于20世纪90年代提出，但直到本次论文发表，此前也没有诞生出可行性方法。在该研究中，研究人员先是移除了量子比特旁边的电线，然后设计一种在整个系统中传递微波频率磁控制场的新方法。他们发现，谐振器产生的场可控制一个能容纳400万个量子比特的区域。此外，产生磁场所需的能量也相对较少，这基本上意味着产生的热量很少。
该团队还在硅芯片上方引入了一个新组件，组件名字叫介电谐振器的晶体棱镜。当微波进入谐振器时，它会将微波的波长聚焦到更小的尺寸。如此，就能在所有量子比特中，把微波功率有效转换为控制自旋的磁场。
图|介质谐振器
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！