高效的量子計算有望實現經典計算機不可能實現的飛躍，來自日本和悉尼科學家合作并提出了一種新的二維設計，可以利用現有的集成電路技術來構建。這種設計解決了目前放大量子計算機三維封裝面臨的典型問題，使未來更近了一步。

量子計算正日益成為物理、化學等領域的科學家和制藥、飛機、汽車等行業(yè)實業(yè)家關注的焦點。在全球范圍內，谷歌和IBM等公司的研究實驗室正在花費大量資源來改進量子計算機，這是有充分理由的。

量子計算機使用量子力學的基本原理，處理比經典計算機快得多的信息量。預計當糾錯和容錯量子計算實現時，科技進步將以前所未有的規(guī)模發(fā)生。但事實證明，就其架構而言，建造用于大規(guī)模計算的量子計算機是一個挑戰(zhàn)。量子計算機的基本單位是“量子比特”，這些通常是原子、離子、光子、亞原子粒子(如電子)，甚至是同時以多個狀態(tài)存在的更大元素，這使得快速獲得大量數據的幾個潛在結果成為可能。

對量子計算機的理論要求是，這些量子計算機排列成二維(2-D)陣列，其中每個量子比特都與其最近的鄰居耦合，并連接到必要的外部控制線和設備。當陣列中的量子比特數增加時，很難從邊緣到達陣列內部的量子比特。到目前為止，解決這個問題的需要，已經導致了跨越多個平面復雜的三維(3-D)布線系統(tǒng)，其中許多導線相交，這使得它們的建設成為一個重大工程挑戰(zhàn)。來自日本東京科學大學、日本理研應急物質科學中心和悉尼科技大學的一組科學家：

在蔡昭申教授的帶領下，通過修改量子比特陣列的結構，提出了一個獨特的解決方案，來解決這個量子比特可及性問題：研究解決了這個問題，并提出了一種改進的超導微體系結構，它不需要任何3D外線技術，并且恢復到完全平面的設計，其研究成果現已經發(fā)表在《新物理》期刊上。科學家們從量子比特正方形格子陣列開始，在2-D平面上展開每一列。然后，將每一列連續(xù)的列疊加在一起，形成一個雙一維陣列，稱為雙線性陣列。

這就把所有的量子比特都放在了邊緣，簡化了所需布線系統(tǒng)的安排。系統(tǒng)是二維的，在這個新的體系結構中，一些量子比特之間的布線（每個量子比特也連接到陣列中所有相鄰的量子比特）確實重疊，但因為這些是布線中唯一的重疊，簡單的局部三維系統(tǒng)，如重疊點的氣橋就足夠了，系統(tǒng)總體上仍然是三維的。正如你可以想象的那樣，這大大簡化了結構，科學家們通過數值和實驗評估來評估這種新結構的可行性。

在這些評估中，測試了信號在重疊點氣橋之前和之后保留了多少。這兩項評估的結果都表明，可以使用現有技術建造和運行該系統(tǒng)，而不需要任何三維架構布線。實驗還表明，架構解決了困擾三維結構的幾個問題：它們很難建造，通過兩根電線傳輸的波之間存在串擾或信號干擾，以及量子比特的脆弱量子態(tài)可能會退化。新穎的偽二維設計減少了導線相互交叉的次數，從而減少了串擾，從而提高了系統(tǒng)的效率。

在世界各地大型實驗室都在試圖尋找建造大規(guī)模容錯量子計算機的方法之際，這項令人興奮的新研究結果表明：可以使用現有的二維集成電路技術來建造這樣的計算機，量子計算機是一種信息設備，預計將遠遠超過現代經典計算機的能力，這方面的研究才從這項研究開始，研究人員正計劃建造一個小型電路，以進一步檢視和探索這種可能性。

博科園｜研究/來自：東京理科大學

參考期刊《新物理》

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