新超導(dǎo)電路設(shè)計(jì)或讓量子處理器提速10倍！

2025-05-09 10:38:04化工儀器網(wǎng)閱讀量：23828      我要評(píng)論

　　5月6日，美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》雜志上展示了一種全新超導(dǎo)電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可讓量子處理器速度提高10倍。這是目前量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的最強(qiáng)非線性光物質(zhì)耦合，有助于未來量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行更快、更穩(wěn)定，并推動(dòng)其實(shí)用化進(jìn)程。

　　量子計(jì)算機(jī)的潛力在于其模擬復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)或加速人工智能訓(xùn)練的能力，但實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的前提是量子處理器能以超高速完成計(jì)算并精準(zhǔn)讀取結(jié)果。傳統(tǒng)量子系統(tǒng)的讀取效率受限于光子與人工原子(存儲(chǔ)量子信息的載體)之間的耦合強(qiáng)度。

　　而MIT團(tuán)隊(duì)此次設(shè)計(jì)的超導(dǎo)電路將這一關(guān)鍵參數(shù)提升了10倍。這一突破意味著量子態(tài)的測(cè)量時(shí)間可縮短至幾納秒級(jí)別，同時(shí)顯著降低誤差率，使量子比特在有限壽命內(nèi)完成更多計(jì)算與糾錯(cuò)循環(huán)。

　　研究的核心創(chuàng)新在于一種名為“四分量耦合器”的新型量子耦合器。該設(shè)備通過電流注入增強(qiáng)量子比特與光信號(hào)的相互作用，創(chuàng)造出極強(qiáng)的非線性耦合效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)成員形象地比喻其作用：“就像為量子世界配備了一位高效翻譯官，讓光與物質(zhì)之間的對(duì)話更加流暢。”

　　實(shí)驗(yàn)中，研究人員將耦合器連接至芯片上的兩個(gè)超導(dǎo)量子比特：一個(gè)被改造為諧振器(作為量子態(tài)讀取器)，另一個(gè)作為人工原子存儲(chǔ)量子信息。當(dāng)微波光照射系統(tǒng)時(shí)，諧振器頻率隨量子比特狀態(tài)(“0”或“1”)變化，通過監(jiān)測(cè)這一變化即可實(shí)現(xiàn)快速讀取。測(cè)試結(jié)果顯示，新設(shè)計(jì)的非線性耦合強(qiáng)度較此前技術(shù)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，讀取速度與準(zhǔn)確性均實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這項(xiàng)技術(shù)為構(gòu)建容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)奠定了重要基礎(chǔ)。當(dāng)前量子比特易受環(huán)境干擾導(dǎo)致信息丟失，而更強(qiáng)的耦合與更快的讀取能力將大幅提升系統(tǒng)的糾錯(cuò)效率，推動(dòng)量子計(jì)算向大規(guī)模、實(shí)用化方向發(fā)展。MIT團(tuán)隊(duì)自2019年起便專注于研發(fā)專用光子探測(cè)器以增強(qiáng)量子信息處理能力，此次成果被視為該領(lǐng)域的重大里程碑。

　　MIT研究團(tuán)隊(duì)的突破不僅標(biāo)志著量子硬件技術(shù)的關(guān)鍵跨越，更預(yù)示著人類距離解鎖量子計(jì)算全部潛力的目標(biāo)又近了一步。

　　(資料參考來源：科技日?qǐng)?bào))

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