研究人员推出基于硅技术的量子计算机芯片设计

首先，一个由澳大利亚和荷兰工程师组成的团队为量子计算机芯片设计了一个完整的设计，该芯片可以使用大多数标准硅技术制造。发表在《自然·通信》杂志上的新芯片设计详细描述了一种新颖的架构，允许使用现有的半导体元件进行量子计算，这些元件被称为CMOS（互补金属-氧化物-半导体）--所有现代芯片的基础。

“创造一个微处理器芯片，将十亿个操作设备集成在一起，像交响乐一样工作--你可以把它放在口袋里！-是一项令人震惊的技术成就，也是一项彻底改变现代生活的成就，“新南威尔士大学(UNSW)澳大利亚国家制造设施主任安德鲁·祖拉克说。“有了量子计算，我们正处于另一个技术飞跃的边缘，这一飞跃可能同样深刻和具有变革性。但在单个芯片上实现这一目标的完整工程设计一直难以实现，“Dzurak说。

“我认为我们在新南威尔士大学的发展使这成为可能。最重要的是，它可以在现代半导体制造厂制造，“他补充道。这项研究的主要作者、代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织TNO合作的QuTech的Menno Veldhorst说，这项新设计的力量在于，它首次描绘了一条可以想象的创造数百万量子比特的工程途径。

研究人员解释说，今天的计算机芯片虽然引人注目，但不能利用解决许多重要问题所需的量子效应。为了解决应对全球重大挑战的问题--如气候变化或癌症等复杂疾病--人们普遍认为，我们需要数百万个量子比特协同工作。“要做到这一点，我们将需要把量子比特打包在一起，并将它们集成在一起，就像我们用现代微处理器芯片做的那样。这就是这项新设计的目标，“Veldhorst说。

量子计算机利用量子物理学的两个诡异原理--即“纠缠”和“叠加”--指数级地扩展了现代计算机中使用的二进制代码词汇表。量子比特可以同时存储一个0、一个1，或者0和1的任意组合。就像量子计算机可以一次存储多个值一样，它可以同时处理它们，一次进行多个操作。这将使通用量子计算机在解决一系列重要问题时比任何传统计算机都快数百万倍。

Veldhorst说：“我们的设计结合了传统的硅晶体管开关来‘开启’一个巨大的二维阵列中量子比特之间的操作，使用一种基于网格的‘字’和‘比特’选择协议，类似于传统计算机存储芯片中用于选择比特的协议。”“通过选择高于一个量子比特的电极，我们可以控制一个量子比特的自旋，它存储了0或1的量子二进制代码。通过在量子比特之间选择电极，可以在量子比特之间进行两个量子比特的逻辑交互或计算，“他补充道。