EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

洛桑聯邦理工學院(EPFL)的工程師們開發了一種同時讀取多個量子比特(最小的量子數據單位)的方法。他們的方法為新一代更強大的量子計算機鋪平了道路。

項目首席研究員、EPFL 高級量子建築實驗室負責人 Edoardo Charbon 教授表示:“目前,IBM 和 Google 擁有世界上最強大的量子計算機。IBM 剛剛發布了一台 127 量子比特的機器,而Google的是 53 量子比特”。

EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

Credit: Pixabay/CC0 Public Domain

然而,由於量子比特數量的上限,使量子計算機更加快速的範圍是有限的。但是,由 Charbon 領導的一個工程師團隊與英國的研究人員合作,剛剛開發出一種有希望突破這一技術障礙的方法。他們的方法可以更有效地讀取量子比特,這意味着更多的量子比特可以被裝入量子處理器。他們的研究結果發表在《Nature Electronics》上。

EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

量子計算機的工作方式與我們所習慣的計算機不同。它沒有單獨的處理器和存儲芯片,而是將兩者結合成一個單元,稱為量子比特。這些計算機使用量子特性,如疊加和糾纏來進行複雜的計算,而普通計算機在合理的時間範圍內是無法做到的。量子計算機的潛在應用包括生物化學、密碼學等等。今天研究小組使用的機器有大約一打量子比特。Charbon 說:“我們現在的挑戰是將更多的量子比特互連到量子處理器中–我們說的是幾百個,甚至幾千個,以便提高計算機的處理能力”。

EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

量子比特的數量目前受到限制,因為目前還沒有能夠快速讀取所有量子比特的技術。Charbon 說:“使事情更加複雜的是,量子比特在接近絕對零度的溫度下工作,即-273.15oC。這使得讀取和控制它們更加困難。工程師們通常做的是在室溫下使用機器,單獨控制每個量子比特”。

EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

Charbon 實驗室的博士生 Andrea Ruffino 已經開發出一種方法,可以同時有效地讀取 9 個量子比特。更重要的是,他的方法可以擴展到更大的量子比特矩陣。他解釋說:“我們的方法是基於使用時域和頻域。基本的想法是通過讓 3 個量子比特與一個單一的 bond 一起工作來減少連接的數量”。

EPFL工程師開發出可同時讀取多個量子比特的方法

EPFL 沒有量子計算機,但這並沒有難倒 Ruffino。他找到了一種方法來模擬量子比特,並在與量子計算機幾乎相同的條件下進行實驗。Ruffino 說:“我把量子點,也就是納米大小的半導體顆粒,納入了一個晶體管。這給了我一些與量子比特相同的東西”。他是 AQUA實驗室中第一個為其論文研究這一課題的博士生。

Charbon 表示:“Ruffino 表明他的方法在普通計算機芯片的集成電路上工作,並且在接近於量子比特的溫度下工作。這是一個真正的突破,可能會導致大型量子比特矩陣系統與必要的電子器件集成。這兩類技術可以簡單、有效並以可重複的方式一起工作”。

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