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量子信息
2025/1/15 11:43

22mK!量子“冰箱”高效冷却量子比特,助力量子计算腾飞

IT之家  故渊

美国国家标准与技术研究院(NIST)携手瑞典查尔姆斯理工大学,开发出一种新型“量子冰箱”,能有效冷却量子比特,为量子计算创造“干净”的工作空间。

该装置利用热量驱动,自主将目标量子比特冷却至接近绝对零度的极低温,从而减少计算错误,提升量子计算的可靠性。

为了“擦除”或重置超导量子比特,即把它们恢复到最低能量状态,通常需要将它们冷却至接近绝对零度。传统上,最佳的重置方式可以达到 40—49 毫开尔文(mK)的温度。

此次研究团队实现了更佳成绩:将量子比特冷却至 22mK,显著减少了初始错误,为后续的计算过程节省了大量纠错工作量。

援引新闻稿报道,该量子冰箱基于超导电路,由三个量子比特构成:一个“热”量子比特提供能量,一个“冷”量子比特充当散热器,以及一个需要被冷却的目标量子比特。

基于超导电路的新型“量子冰箱”由两个量子比特组成,一个热量子比特(右上)和一个冷量子比特(中间),它们共同冷却目标量子比特(左下)。图片来源:瑞典查尔姆斯理工大学 / NIST

在实际的量子计算机中,如果充当“黑板”(chalkboard)的计算量子比特温度过高,“热”量子比特将目标量子比特的热量泵入“冷”量子比特(散热器),从而冷却目标量子比特至接近基态,清除计算残留,为下一次计算做好准备。该过程自动运行,只需极少的外部控制或额外资源,即可维持计算量子比特的计算能力。

这项研究解决了量子计算领域的一大难题 —— 维持量子比特的稳定性。通过有效冷却量子比特至极低温,量子“冰箱”能最大限度地减少热量和辐射对量子比特的干扰,从而降低计算错误率,为构建更可靠的量子计算机奠定了基础。

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