控制量子计算的新超冷微波源研发成功

据《自然·电子学》10日发表的一项研究，芬兰研究人员开发了一种电路，可以在接近绝对零度的温度下产生控制量子计算机所需的高质量微波信号。这是将控制系统移近量子处理器的关键一步，或大大增加处理器中的量子比特数。

限制量子计算机大小的因素之一是用于控制量子处理器中量子位的机制。这通常使用一系列微波脉冲来实现，并且由于量子处理器在接近绝对零度的温度下运行，因此控制脉冲通常通过室温下的宽带电缆进入冷却环境。

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尺寸，因为冷却量子位的冰箱必须变得更大，以容纳越来越多的电缆，同时还要竭力冷却它们。

芬兰阿尔托大学和芬兰国家技术研究中心（VTT）领导的一个联合研究团队开发出解决这一难题的关键组件。

新的微波源是一种可与量子处理器集成的设备，尺寸不到一毫米，不需要连接不同温度的高频控制电缆。使用这种低功耗、低温微波源，就可使用更小的低温恒温器，同时仍然增加处理器中的量子位数量。

领导该团队的阿尔托大学教授米高·莫拓恩表示，新设备产生的功率是以前版本的100倍，足以控制量子位并执行量子逻辑运算。它产生一个非常精确的正弦波，每秒振荡超过十亿次。因此，来自微波源的量子位错误很少发生，这在实现精确的量子逻辑运算时很重要。

由该设备生产的连续波微波源并不能按原样用于控制量子位，必须将微波整形为脉冲。该团队目前正在开发快速打开和关闭微波源的方法。即使没有产生脉冲的开关解决方案，高效、低噪声、低温的微波源也可用于一系列量子技术，例如量子传感器。

莫拓恩称，除了量子计算机和传感器，微波源还可作为其他电子设备的时钟。它可让不同的设备保持相同的节奏，使它们能够在所需的瞬间对几个不同的量子位进行操作。（记者 张梦然）