當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月27日，微軟和悉尼大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一款低溫量子控制平臺(tái)，可以控制數(shù)千個(gè)量子比特，微軟稱之為“相對(duì)于之前技術(shù)的一次飛躍”。

相關(guān)論文已于1月25日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然-電子學(xué)》（Nature Electronics），題為“A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits”。

量子計(jì)算可能會(huì)應(yīng)用于化學(xué)、密碼學(xué)等眾多領(lǐng)域。但在擁有潛在計(jì)算能力的同時(shí)，量子比特也有著致命弱點(diǎn)——極不穩(wěn)定。量子態(tài)很容易受到環(huán)境的干擾，量子設(shè)備必須被安置在極端環(huán)境中，接近絕對(duì)零度的低溫、與電噪聲等外界干擾隔離。

因此，如果要同時(shí)控制數(shù)千個(gè)量子比特，光是把信息傳輸?shù)絾蝹€(gè)量子比特上就是個(gè)大挑戰(zhàn)，需要一條“信息高速公路”進(jìn)入量子比特們所處的“冰箱”。

此前，類似的系統(tǒng)往往像“鳥(niǎo)巢”那樣纏繞著大量的電線，只能適用于中等規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)。

如果把量子控制平臺(tái)也放進(jìn)“冰箱”里呢？

微軟和悉尼大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的低溫量子控制平臺(tái)使用專用CMOS電路接受數(shù)字輸入并生成許多并行的量子比特控制信號(hào)。為低溫量子控制平臺(tái)中的芯片名為“醋栗”（Gooseberry，也稱Cryo CMOS），它能夠在100毫開(kāi)爾文（mK）的低溫下運(yùn)行，也就是標(biāo)準(zhǔn)商用制冷機(jī)的額定溫度下，而且能耗足夠低，從而解決量子計(jì)算機(jī)中的一些輸入輸出難題。

研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種通用的低溫計(jì)算核心（cryo-compute core），能夠進(jìn)行通用計(jì)算。核心的工作溫度約為2開(kāi)爾文，比醋栗運(yùn)行時(shí)的溫度高20倍，可以通過(guò)浸入液氦實(shí)現(xiàn)。

在研究團(tuán)隊(duì)展示的量子堆棧圖中，醋栗芯片所在的位置非?？拷孔颖忍?，低溫計(jì)算核心則位于經(jīng)典計(jì)算層（Classical Compute）的底部，兩者相互配合實(shí)現(xiàn)通信。

在他們的設(shè)計(jì)中，醋栗芯片的擺放位置格外重要，這主要與溫度相關(guān)。當(dāng)芯片和量子比特之間的導(dǎo)線很長(zhǎng)時(shí)，制冷機(jī)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量熱量。把芯片放在量子比特附近可以避免這個(gè)問(wèn)題；但假如距離太近，芯片產(chǎn)生的熱量有可能使量子比特升溫。

與其他控制平臺(tái)相比，醋栗芯片的獨(dú)特之處在于，它和量子比特相鄰且處于相同的溫度下，能夠?qū)⒌蜏赜?jì)算核心的經(jīng)典指令轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再傳遞到量子比特。

研究團(tuán)隊(duì)采用的方法是，將醋栗芯片放入量子比特所在的制冷機(jī)，但與量子比特隔離；這樣一來(lái)，芯片產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)入混合室（Mix chamber），遠(yuǎn)離量子比特。

這種設(shè)計(jì)可以解決一系列溫度問(wèn)題，但新問(wèn)題隨之產(chǎn)生：芯片需要與量子比特在相同的溫度下運(yùn)行，也就是100毫開(kāi)爾文。在這個(gè)溫度下操作標(biāo)準(zhǔn)的大塊CMOS芯片是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，研究團(tuán)隊(duì)在芯片設(shè)計(jì)中使用了絕緣體上硅技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)在低溫下的表現(xiàn)。

研究團(tuán)隊(duì)稱，這醋栗芯片和低溫計(jì)算核心都是大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵進(jìn)展，也是多年工作的結(jié)果。他們表示，除了量子計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)造之外，還有許多相關(guān)的概念有待開(kāi)發(fā)。

“在實(shí)現(xiàn)有意義的量子計(jì)算機(jī)之前，還需要更多次飛躍?！?/p>