研究人员已开发出一种低温集成电路来控制量子比特

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#111723#对于大少数量子盘算机来讲，热是朋友。热可致使在量子位元中发生毛病，在量子盘算机运行中，使盘算机正在履行的操纵中止。以是量子盘算机须要坚持在十分冰凉的情况下 -- 只比相对零度高一点点。
“然而要操纵盘算机，你须要一些与非量子天下的接口，”imec的研讨迷信家Jan Cranickx说。为了制作出更好的量子盘算机，迷信家和工程师们正试图将更多的电子器件引入包容量子比特的浓缩致冷机。
在12月的IEEE国际电子装备集会（International Electron Devices Meeting，IEDM）上，来自六家公司和大学的研讨职员提出了在高温下运转电路的新方式。这此中包含了以下三项尽力：
在谷歌，研讨职员曾经开辟出一种高温集成电路来把持量子比特，将它们与其余电子装备衔接起来。现实上，谷歌团队在2019年初次颁布了他们的研讨结果，但他们正在持续扩展这项技巧的范围，着眼于制作更大的量子盘算机。
谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）的研讨迷信家、马萨诸塞大学阿默斯特分校教学Joseph Bardin表现，这类高温CMOS电路与室温下的同类电路差异不大。但计划它并不是那末简略。现有的摹拟和组件模子并不合适高温操纵。研讨职员的大部份挑衅来自于使这些模子顺应严寒的温度。
谷歌的装备在致冷机内的温度为4开尔文，比50厘米外的量子位温度略高。这可能会大大缩小当初房间巨细的电子产物机架。Bardin宣称，他们的高温方式“终究也能够下降把持电子装备的本钱。他说，无效地把持量子盘算机是相当主要的，由于它们可能到达100或更多个量子比特。


量子盘算机的一个要害部份是用来读出量子位的电子器件。这些量子位自身收回幽微的射频信号。进入低噪声缩小器（low-noise amplifier，LNA），它能够加强这些信号，使量子位更轻易读取。不但仅是量子盘算机受益于高温低噪声缩小器，射电望远镜和深空通讯收集也在应用它们。
位于瑞典哥德堡的查尔默斯理工大学的研讨职员正在实验制作高温低噪声缩小器。他们的电路应用高电子迁徙率晶体管（high-electron-mobility transistors，HEMTs），这对于疾速开关和缩小电流特殊有效。研讨职员应用由磷化铟（InP）制成的晶体管，InP是LNAs的一种罕见资料，不外砷化镓在贸易上更加罕见。该大学的教学Jan Grahn指出，InP-HEMTs是深冻的幻想资料，由于这类资料在高温下比在室温下更能传导电子。
研讨职员曾经对LNAs中的InP-hemt停止了一段时光的修补，然而研讨小组正在推进他们的电路在较低的温度下运转，而且用电比以往任何时间都少，且他们的装备任务温度低至4开尔文。
任何量子盘算机的图象都被拜占庭式的布线所把持。这些电缆将量子位衔接到它们的把持电子装备上，读出量子位的状况并反应输入。此中一些电缆能够被射频多路复用器（RF multiplexer，RF MUX）剔除，这是一种能够把持多个量子位之间信号的电路。imec的研讨职员曾经开辟出一种射频多路复用器，能够把量子比特衔接到致冷机里。
与很多试验性高温电路差别，imec的射频多路复用器任务在4开尔文以下。Jan Cranickx说，让射频多路复用器在那样的温度下任务象征着进入了一个研讨职员和装备物理学家没有模子能够任务的天下。他把制作这类安装描写为一个“重复实验”的进程，即把元件冷却到毫开尔文，而后视察它们的任务情形。“这是一个完整未知的范畴，”他说。“历来没有人这么做过。”
这个电路就在量子位旁边，在浓缩致冷机冰凉的“心脏”深处。在更远的处所，研讨职员能够衔接其余装备，如低噪声缩小器和其余把持电路。这类设置能够增加每个量子比特具有本人的庞杂读出电路的须要性，并使构建存在更大数目的量子比特乃至数千个量子比特的庞杂量子盘算机变得愈加轻易。
原文题目：改良量子盘算机的三项翻新
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