经过“十年研发”的突破,科学家们终于研制出了首个百万量子比特量子计算机处理器
澳大利亚科学家开发出一种量子控制芯片,消除了将量子比特引入实际现实世界计算系统的一个关键障碍。
量子计算机一直是个让人又爱又恨的“磨人精”。它能力超强,能解决我们现在的电脑搞不定的复杂问题,但又娇气得很,一点点干扰就能让它“罢工”。现在,科学家们终于给它找到了一位“保姆”,让它能更好地发挥作用!
量子计算机的“烦恼”:既要快又要稳
想象一下,我们现在的电脑用的数据比特就像是灯泡,要么亮(1),要么灭(0)。但量子计算机里的量子比特(qubit)就不一样了,它能同时是亮和灭的“混合状态”(专业术语叫“叠加”),就像一个能变色还能同时亮灭的魔法灯泡。
因为这个“特异功能”,量子计算机能同时做好多好多计算,处理问题的速度简直像开了挂。比如,现在我们要花几百万年才能破解的密码,量子计算机可能几分钟就搞定。
但是,量子比特有个特别娇气的地方——它必须在极其寒冷的环境下(比南极还冷上好几百倍,接近绝对零度,也就是零下273.15摄氏度)才能保持稳定工作。而且,它还特别怕“吵”,一点点热量或电磁干扰,都会让它失去这种神奇的“叠加”状态,变得跟普通灯泡没两样,那量子计算机就没法工作了。
更麻烦的是,要控制这些量子比特,还需要一套精密的电子设备。以前,这些控制设备都得放在外面,离量子比特远远的,生怕它俩“挨太近”会互相影响,导致量子比特不稳定。这样一来,量子计算机就变得特别庞大、复杂,而且很难扩展,没法放很多量子比特进去。
找到了“神队友”:新型低温控制芯片
不过,澳大利亚悉尼大学的科学家们经过十多年的努力,终于搞出了一款“神队友”——新型计算机芯片!这款芯片厉害在哪儿呢?
1. 超级耐寒,还能“轻手轻脚”
这款新芯片不仅能在接近绝对零度的超低温下正常工作,更重要的是,它工作的时候产生的热量和电磁干扰都小得可怜,简直就是“静音省电”模式。这就意味着,它可以直接放在量子比特旁边,就像贴身保镖一样,而不会干扰到量子比特脆弱的“量子态”。
2. 量子比特和控制系统“同居一室”
以前,量子比特和它的控制系统就像牛郎织女,隔得远远的。现在,有了这个新芯片,它们终于可以“同居一室”了!这意味着,科学家们第一次能把几百万个量子比特和它们对应的控制系统都放到一个设备上。这就像是把原本分散在好几个大仓库里的零件,都规整地放进了一个小工具箱里,大大提升了空间利用率和效率。
3. 用造手机的技术造量子芯片,更容易量产!
科学家们这次用的量子比特类型叫做“自旋量子比特”,它有个特别大的优点:可以用制造我们手机和电脑芯片的工艺(CMOS技术)来生产。这就好比,你本来要用特别稀有的材料和工艺来造一个精致的艺术品,现在科学家们发现可以用造日常用品的成熟流水线来造了!这意味着,未来大规模生产量子计算机的核心部件,会变得更加容易和便宜。
量子计算机从“实验室玩具”走向“实用工具”
首席研究员戴维·赖利教授激动地说,这项成果让量子计算机从一个“迷人的实验室机器”变成了能解决现实问题的“实用工具”。
这款新芯片总共才消耗10微瓦的功率,简直是超级省电。在实际测试中,科学家们让控制芯片距离量子比特不到1毫米,结果发现它既没有引入额外的电磁噪声,也没有降低量子比特的准确性、稳定性和“相干性”(也就是量子比特保持神奇状态的能力)。
这意味着,我们离拥有能处理复杂数据、解决气候变化、新药研发甚至金融建模等各种难题的强大量子计算机又近了一大步!