全球首个低温精准控制‘百万量级量子比特’芯片诞生

07-08 06:27

电子发烧友网综合报道，6月30日消息，澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队在量子计算领域实现了里程碑式的突破。他们成功研发出全球首个能在低温环境下精准控制“百万量级量子比特”的芯片，相关成果发表在了《自然》期刊上，为构建实用化量子计算机开辟了新的途径。

研究团队所研制的新型芯片采用了自旋量子比特技术，通过操控单个电子的磁方向来编码信息。这一技术路线具备两大核心优势：其一，自旋量子比特与主流的CMOS半导体工艺相兼容，便于进行规模化生产；其二，其量子态在极低温环境下的稳定性会显著提高。在实验中，芯片是在毫开尔文温度（略高于绝对零度 -273.15℃）下运行的，这个温度接近物质运动的极限，保证了量子比特的相干性。

量子计算规模化面临的核心挑战在于，传统控制电路产生的热量和电噪声会破坏量子态的稳定性。研究团队通过精密设计，首次实现了控制系统与量子比特的紧密集成。在空间优化方面，量子比特与晶体管芯片的距离缩短到了不足1毫米，打破了此前需要数厘米隔离的技术瓶颈；在性能保障方面，单比特和双比特操作的高保真控制几乎没有性能损失，量子态相干性也未受到干扰；在能效革命方面，系统总体功耗大约仅为10微瓦，模拟部分每兆赫仅耗电20纳瓦，为百万量级量子比特的扩展提供了能源保障。

研究证明，在特定温度条件下，复杂电子系统能够与量子比特实现无缝集成。测量数据显示，即便量子比特与控制电路距离很近，其量子态依然能够保持稳定。这一发现颠覆了“量子系统需要完全隔离”的传统认知，为量子计算与经典电子技术的融合奠定了理论基础。

该低温电子平台的应用潜力远远超出了量子计算领域。例如，在传感系统领域，极低的功耗与高精度特性可以提升量子传感器的性能；在数据中心领域，能为未来高密度计算提供低温环境解决方案；在材料科学领域，可以模拟百万量子比特级别的分子相互作用，加速新药研发与新材料设计。

目前，全球量子计算竞争十分激烈。微软推出的拓扑量子芯片Majorana 1通过“马约拉纳粒子”实现了百万量子比特集成，谷歌的Willow芯片则利用超导量子比特技术在5分钟内完成了超越经典超级计算机10²⁵年的计算任务。而此次澳大利亚团队的突破，通过自旋量子比特与CMOS工艺的结合，为量子计算规模化提供了第三条技术路径。正如研究团队所说：“这不仅是量子计算的突破，更是未来科技生态的基石。”

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