在人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)等新應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮量子計算機(jī)的潛力，研究人員正在努力完善底層電子設(shè)備。德國弗勞恩霍夫可靠性和微結(jié)構(gòu)研究所(Fraunhofer IZM)的一個團(tuán)隊(duì)正在研究厚度僅為10微米的超導(dǎo)連接模塊，向商業(yè)可行的未來量子計算機(jī)邁出實(shí)質(zhì)性的一步。

憑借其超強(qiáng)計算能力，量子計算機(jī)有望成為現(xiàn)代工業(yè)各個領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動力。與當(dāng)今的普通計算機(jī)相比，它們不處理比特，而是處理量子比特：這些信息單元不再局限于1或0的二進(jìn)制狀態(tài)。利用量子疊加或糾纏，無論是速度和功率，還是在它們可以處理的計算復(fù)雜性方面，量子比特都有了巨大飛躍。量子比特數(shù)量的增多也意味著更快的速度和更強(qiáng)的計算能力。

量子計算機(jī)的潛力無限：無論是模擬還是概率計算，它們都能以閃電般的速度解決復(fù)雜的問題。從優(yōu)化的物流或交通管理到高度精確的預(yù)測，從使用精確分子建模的新型醫(yī)療到金融業(yè)幾乎牢不可破的加密，一切都是可能的。

通過前兩代量子計算機(jī)的研發(fā)，研究人員掌握了很多關(guān)于新技術(shù)的基本運(yùn)作原理。如Jülich研究中心的量子計算機(jī)，目前使用的量子比特數(shù)量達(dá)到了5000個，這意味著每個量子粒子有25000個勢態(tài)。但是這些計算機(jī)遇到了一些挑戰(zhàn)：量子比特的復(fù)雜相互作用對中斷非常敏感，結(jié)果存在計算錯誤，需要通過糾錯機(jī)制來完善結(jié)果，這就需要更多的量子比特，研究人員預(yù)計，未來的量子計算機(jī)每臺至少有10萬個甚至100萬個量子比特。

為了在單個系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更多的量子比特，必須開發(fā)新的集成電路和連接，這些集成電路的尺寸要非常小，并且可以承受低至-273°C的溫度。正是在這樣苛刻的條件下，固體中的晶格振動減慢到足以使量子比特保持糾纏并可讀。但是該系統(tǒng)面臨著自行預(yù)熱的風(fēng)險，所以要在盡可能低的溫度下使用超導(dǎo)體。Fraunhofer IZM的Hermann Oppermann博士致力于為此類系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建這些超導(dǎo)連接，提供它們所需的低溫包裝。

為了讓焊接點(diǎn)能夠應(yīng)對極低溫度，他們提出一項(xiàng)新技術(shù)，選擇銦來達(dá)到目的，這種材料在低于3.4開爾文時可以變成超導(dǎo)材料，即使在接近絕對零度的溫度時也能保持堅固。為了用銦制造電子結(jié)構(gòu)，使用特殊的電解質(zhì)來電隔離材料，這需要將銦從鎳基中移出。鎳會產(chǎn)生太強(qiáng)的磁場，可能會破壞量子比特的工作，將銦放在新的金屬化堿基上，結(jié)構(gòu)則更加協(xié)調(diào)。該團(tuán)隊(duì)使用的工藝創(chuàng)造了低溫連接小型化的新世界紀(jì)錄，連接器的網(wǎng)格間距甚至小于10微米。

該團(tuán)隊(duì)還用鈮和氮化鈮構(gòu)建了極低損耗的超導(dǎo)連接器。為鈮涂層開發(fā)了一種創(chuàng)新工藝，然后通過離子射線蝕刻技術(shù)來制造緊湊型連接器，該連接器采用特殊合金制成，可在低溫下工作并可以通過強(qiáng)電流。在銦凸塊和超導(dǎo)電路載體完成后，組件在特殊的低溫測試中成功經(jīng)受了低于3開爾文的溫度。

作為InnoPush項(xiàng)目“HALQ——基于半導(dǎo)體的量子計算”的一部分，項(xiàng)目合作伙伴創(chuàng)建了一個通用平臺，將微電子技術(shù)應(yīng)用于高度可擴(kuò)展的量子計算機(jī)。項(xiàng)目合作伙伴包括：Fraunhofer IPMS、Fraunhofer ITWM、Fraunhofer EMFT、Fraunhofer FHR、Fraunhofer IIS、Fraunhofer IISB、Fraunhofer ILT、Fraunhofer ISIT、Fraunhofer IOF、Fraunhofer ENAS和Fraunhofer IAF。

編譯：卉可

編輯：慕一