一种新的超冷微波源可帮助扩大量子计算机的计算规模

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芬兰的研究人员已经开发出一种电路,可以在接近绝对零度的温度下运行时产生控制量子计算机所需的高质量微波信号。这是朝着使控制系统更接近量子处理器迈出的关键一步,这可能使大大增加处理器中的量子比特数量成为可能。

限制量子计算机尺寸的因素之一是用于控制量子处理器中的量子比特的机制。这通常是通过一系列微波脉冲完成的,由于量子处理器在接近绝对零度的温度下工作,控制脉冲通常通过宽带电缆从室温带入冷却环境。

随着量子比特数量的增加,所需电缆的数量也在增加。这限制了量子处理器的潜在规模,因为冷却量子比特的冰箱将不得不变得更大,以容纳越来越多的电缆,同时也更努力地冷却它们--最终是一个失败的提议。

由阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心领导的一个研究联盟现在已经开发出解决这一难题的一个关键组成部分。阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心的教授Mikko Möttönen说:"我们已经建立了一个精确的微波源,在与量子处理器相同的极低温度下工作,大约为零下273度。"

新的微波源是一个片上设备,可以与量子处理器集成。它的尺寸不到一毫米,有可能消除对连接不同温度的高频控制电缆的需求。有了这种低功耗、低温的微波源,就有可能使用更小的低温器,同时仍然增加处理器中的量子比特数量。

莫托宁说:"我们的设备产生的功率是以前版本的一百倍,这足以控制量子比特并进行量子逻辑操作。"它产生一个非常精确的正弦波,每秒振荡超过10亿次。因此,来自微波源的量子比特的错误非常少,这在实施精确的量子逻辑操作时非常重要。"

然而,一个连续波的微波源,比如这个装置产生的微波源,不能原封不动地用于控制量子比特。首先,微波必须被塑造成脉冲。该团队目前正在开发快速开启和关闭微波源的方法。

即使没有创造脉冲的开关方案,一个高效、低噪音、低温的微波源也可以在一系列量子技术中发挥作用,比如量子传感器。

除了量子计算机和传感器之外,微波源还可以作为其他电子设备的一个时钟。它可以使不同的设备保持相同的节奏,让它们在所需的时间瞬间诱发几个不同的量子比特的操作。

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