高效的量子計(jì)算有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的飛躍，來(lái)自日本和悉尼科學(xué)家合作并提出了一種新的二維設(shè)計(jì)，可以利用現(xiàn)有的集成電路技術(shù)來(lái)構(gòu)建。這種設(shè)計(jì)解決了目前放大量子計(jì)算機(jī)三維封裝面臨的典型問(wèn)題，使未來(lái)更近了一步。量子計(jì)算正日益成為物理、化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家和制藥、飛機(jī)、汽車等行業(yè)實(shí)業(yè)家關(guān)注的焦點(diǎn)。在全球范圍內(nèi)，谷歌和IBM等公司的研究實(shí)驗(yàn)室正在花費(fèi)大量資源來(lái)改進(jìn)量子計(jì)算機(jī)，這是有充分理由的。

量子計(jì)算機(jī)使用量子力學(xué)的基本原理，處理比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快得多的信息量。預(yù)計(jì)當(dāng)糾錯(cuò)和容錯(cuò)量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)時(shí)，科技進(jìn)步將以前所未有的規(guī)模發(fā)生。但事實(shí)證明，就其架構(gòu)而言，建造用于大規(guī)模計(jì)算的量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)挑戰(zhàn)。量子計(jì)算機(jī)的基本單位是“量子比特”，這些通常是原子、離子、光子、亞原子粒子(如電子)，甚至是同時(shí)以多個(gè)狀態(tài)存在的更大元素，這使得快速獲得大量數(shù)據(jù)的幾個(gè)潛在結(jié)果成為可能。

對(duì)量子計(jì)算機(jī)的理論要求是，這些量子計(jì)算機(jī)排列成二維(2-D)陣列，其中每個(gè)量子比特都與其最近的鄰居耦合，并連接到必要的外部控制線和設(shè)備。當(dāng)陣列中的量子比特?cái)?shù)增加時(shí)，很難從邊緣到達(dá)陣列內(nèi)部的量子比特。到目前為止，解決這個(gè)問(wèn)題的需要，已經(jīng)導(dǎo)致了跨越多個(gè)平面復(fù)雜的三維(3-D)布線系統(tǒng)，其中許多導(dǎo)線相交，這使得它們的建設(shè)成為一個(gè)重大工程挑戰(zhàn)。來(lái)自日本東京科學(xué)大學(xué)、日本理研應(yīng)急物質(zhì)科學(xué)中心和悉尼科技大學(xué)的一組科學(xué)家：

在蔡昭申教授的帶領(lǐng)下，通過(guò)修改量子比特陣列的結(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)獨(dú)特的解決方案，來(lái)解決這個(gè)量子比特可及性問(wèn)題：研究解決了這個(gè)問(wèn)題，并提出了一種改進(jìn)的超導(dǎo)微體系結(jié)構(gòu)，它不需要任何3D外線技術(shù)，并且恢復(fù)到完全平面的設(shè)計(jì)，其研究成果現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在《新物理》期刊上?？茖W(xué)家們從量子比特正方形格子陣列開(kāi)始，在2-D平面上展開(kāi)每一列。然后，將每一列連續(xù)的列疊加在一起，形成一個(gè)雙一維陣列，稱為雙線性陣列。

這就把所有的量子比特都放在了邊緣，簡(jiǎn)化了所需布線系統(tǒng)的安排。系統(tǒng)是二維的，在這個(gè)新的體系結(jié)構(gòu)中，一些量子比特之間的布線(每個(gè)量子比特也連接到陣列中所有相鄰的量子比特)確實(shí)重疊，但因?yàn)檫@些是布線中唯一的重疊，簡(jiǎn)單的局部三維系統(tǒng)，如重疊點(diǎn)的氣橋就足夠了，系統(tǒng)總體上仍然是三維的。正如你可以想象的那樣，這大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們通過(guò)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)評(píng)估來(lái)評(píng)估這種新結(jié)構(gòu)的可行性。

在這些評(píng)估中，測(cè)試了信號(hào)在重疊點(diǎn)氣橋之前和之后保留了多少。這兩項(xiàng)評(píng)估的結(jié)果都表明，可以使用現(xiàn)有技術(shù)建造和運(yùn)行該系統(tǒng)，而不需要任何三維架構(gòu)布線。實(shí)驗(yàn)還表明，架構(gòu)解決了困擾三維結(jié)構(gòu)的幾個(gè)問(wèn)題：它們很難建造，通過(guò)兩根電線傳輸?shù)牟ㄖg存在串?dāng)_或信號(hào)干擾，以及量子比特的脆弱量子態(tài)可能會(huì)退化。新穎的偽二維設(shè)計(jì)減少了導(dǎo)線相互交叉的次數(shù)，從而減少了串?dāng)_，從而提高了系統(tǒng)的效率。

在世界各地大型實(shí)驗(yàn)室都在試圖尋找建造大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的方法之際，這項(xiàng)令人興奮的新研究結(jié)果表明：可以使用現(xiàn)有的二維集成電路技術(shù)來(lái)建造這樣的計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)是一種信息設(shè)備，預(yù)計(jì)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)代經(jīng)典計(jì)算機(jī)的能力，這方面的研究才從這項(xiàng)研究開(kāi)始，研究人員正計(jì)劃建造一個(gè)小型電路，以進(jìn)一步檢視和探索這種可能性。