量子计算

地标热Qubit研究承诺更大,更便宜的量子计算机

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新南威尔士大学的亨利·杨博士和安德鲁·祖拉克教授,用一种目前用于超冷量子计算量子位元的大而昂贵的稀释冰箱。他们的新热量子位技术可以消除对这种笨重、昂贵的冷却系统的需求
新南威尔士大学的亨利·杨博士和安德鲁·祖拉克教授,用一种目前用于超冷量子计算量子位元的大而昂贵的稀释冰箱。他们的新热量子位技术可以消除对这种笨重、昂贵的冷却系统的需求
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新南威尔士大学的亨利·杨博士和安德鲁·祖拉克教授,用一种目前用于超冷量子计算量子位元的大而昂贵的稀释冰箱。他们的新热量子位技术可以消除对这种笨重、昂贵的冷却系统的需求
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新南威尔士大学的亨利·杨博士和安德鲁·祖拉克教授,用一种目前用于超冷量子计算量子位元的大而昂贵的稀释冰箱。他们的新热量子位技术可以消除对这种笨重、昂贵的冷却系统的需求

传统计算机使用数百万简单的开/关晶体管进行了逻辑门的奇妙的快速计算,过去半个世纪越来越快,我们可以合理地期望芯片上的晶体管数量加倍每年几年,虽然变得一半。为了遵循这个着名的“摩尔定法”,他们变得越来越小,更快,更快,更快地走向人类的制造聪明的观点反对硬障碍。

最新的晶体管非常小,因为它们不能再可靠地控制电子流量,因为在仅少量原子宽度下测量的距离,电子可以“量子隧道”,或者基本上瞬间瞬间消失并重新出现在晶体管的另一侧,或跳到相邻的路径,在计算中导致各种错误。因此,基于下一个晶体管的芯片不能变小,并且这种物理边界威胁要磨削处理器开发到停止。

量子计算似乎是一个有前途的解决方案,使用量子级物理学的非凡奇怪的性能来解锁前进的新道路。而不是晶体管位,它可以让电子通过或它没有,量子“Qubits”使用纳米级物理学来表达不同的状态;电子的顺时针或逆时针旋转,例如光子的水平​​或垂直偏振 - 这些成为您的零和零。

在基于晶体管的位可以打开或关闭,1或0的情况下,量子“Qubit”利用叠加的优势 - 有效地能够一次存在于两个状态,并且实际上这两个状态之间的所有概率级别。像Schrodinger的猫一样,一个Qubit在测量时只被迫崩溃到一个1或0现实中。在叠加中,它可以同时运行多个计算,从计算到基于概率的维度,这对于某个任务的某些子组来说将大大优越。

这是一件令人费解的事情,但其结果是,当你将多量子位计算机按比例放大时,它们的功能会比晶体管位计算机的功能更强大。IBM的可公开访问5 QUBBit计算机具有32位计算机的处理能力及其2017年16 Qubit原型芯片具有65,536位的力量。全级量子计算机几乎可以立即处理复杂的数据库操作,可能需要普通的计算机周或多年。

IBM的2017型号,16 QUBit量子处理器,这里被观察在低温室内
IBM的2017型号,16 QUBit量子处理器,这里被观察在低温室内

实际上,他们甚至可能证明危险的基因放出瓶子,因为他们的怪物速度可以破坏公钥加密,最强大的隐私工具,目前广泛使用,而不会突破汗水。但他们令人难以置信和独特的力量也将实现下一级,朦胧的复杂模拟,以荒谬的变量和巨大的数据运行。毫无疑问,他们将成为一个非常有价值的人类工具。

处理热:量子的困境

基于超导体的量子计算机设计的关键问题之一是,他们需要保持令人难以置信的寒冷,只需0.1个开尔文。这是-273.05°C,或-459.5°F - 温度如此寒冷,在传统的尺度上没有任何意义。只有微小的热量的能量足以将这些小量子叠加扔出袋。和计算机一样,随着我们所知道的,往往跑得很热,特别是你要求他们工作的更难。

弄清楚吸收所有热量和运动的方法,这些额外的额度已经成为一个巨大的挑战;由IBM,Google等运行的当前一代量子计算机使用大,复杂和昂贵的“稀释冰箱”,而这些是在没有许多Qubits的原型的可管理解决方案,它们非常糟糕。距离彼此接近的Qubits可以互相热量加热,因此保持冷却,您需要将它们分开的空间很远,并将单独的电缆运行到每个Qubit,以获取更多信息进出信息。

一个商业规模的量子计算机需要数以百万计的量子位,所以这一代的冷却技术,你需要一个巨大的建筑房子一台计算机,就像早期的阀门和晶体管计算机,数百万基于价值数百万美元的冷却装置。不能接受的。

其他努力在这种微小的刻度上冷却的东西已经使用量子怪异来疏散热量,就像通过纳米级障碍令人鼓舞的电子对量子隧道,就像他们去的时候带着微量的热量2017年由芬兰队展示

芬兰阿尔托大学团队的芯片包含两个平行的超导振荡器,连接到量子电路冰箱,使用隧穿电子来降低能量和冷却系统
Aalto Team的芯片包含两个平行的超导振荡器,连接到量子电路冰箱,该冰箱使用隧道电子来减少能量并冷却系统

但如果你能设计出一种温度更高的量子位元,哪怕只有一点点,你就能大大减小冷却装置的尺寸和成本,并将量子位元更紧密地组合在一起。你甚至可以让量子量子位接近传统的硅电子学,为更小、更便宜的量子计算机开辟道路。朋友们,这就是新南威尔士大学的一个悉尼团队所实现的。

该团队发现了一种将量子位嵌入量子点的方法,创造了硅量子处理器。这些量子位元是由电驱动的自旋共振控制的,它们可以通过量子点之间的电子量子隧穿来测量或“读取”。

在这个阶段,他们已经设法使用简单的双态处理器展示技术,结果令人印象深刻。在1.5 kelvin(-271.65°C / -457°F),这些硅QUBITS能够保持整个两个微秒的量子叠加,这是大约在0.1K稀释冷藏系统中的时间。

在人类的温度尺度上,这些1.5 K的“热量子位元”仍然是可怕的冷,但当你如此接近绝对零度时,你可以获得的可接受的热量是它的15倍。将一个物体冷却到1.5 K要比冷却到0.1 K容易得多,而且流动效应是巨大的。新南威尔士大学的热量子位可以使用更小、更便宜的冷却系统更紧密地组合在一起,并且可以在接近传统电子控制读/写活动的情况下工作。

新南威尔士大学教授Andrew Dzurak是该项目的首席研究员,他说:“我们的新结果为现实世界的商业和政府应用从实验设备到负担得起的量子计算机开辟了一条道路。”“虽然用我们日常的温度概念很难理解,但这种增长在量子世界是极端的。”

这项热量子位的研究已经被荷兰的第二组研究人员验证,两篇论文都在最新一期的杂志上背靠背发表自然

新南威尔士大学的研究小组说,这些还处于萌芽阶段的量子计算机一旦被放大成含有数百万量子位元的芯片,就不需要专门的制造工厂了。生产应该可能使用相同的齿轮,目前使用在现有的硅芯片工厂。

虽然商业规模的量子计算机仍然是一个遥远的希望,但这项研究似乎清除了一个重要的障碍,并使它们更接近现实。

新南威尔士大学代尔夫特理工大学论文发表在杂志上自然

Dzurak教授在下面的精彩视频中解释了团队的热量子位及其含义。

热量子位:主要的量子计算限制克服

来源:新南威尔士大学

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Cryptonoetic
我发现它有趣的是,“公共”不了解研究道路块,死亡目的,技术实施挑战,以及磨坊的失败,直到科学成功解决了此处的未知问题,如例如,“热肘”。