傳統(tǒng)計算機在計算和存儲信息的時候，使用的是“0”和“1”組成的“普通比特位”。但是量子計算機的“量子比特位”，卻能夠借助量子的物理現(xiàn)象，同時疊加“0”和“1”的任意組合狀態(tài)，以與眾不同的方式、更快更好地完成同樣的任務(wù)。這項嶄新的技術(shù)，有望在氣候和藥物研究扥該領(lǐng)域引發(fā)一場革命。當(dāng)前世界各地已對多種架構(gòu)進行測試，并且爭相推出首個集成了數(shù)以百萬計“量子比特”的量子計算機處理器。

運行中的 UNSW 純硅量子計算機芯片

其中包括硅自旋量子比特、離子阱、超導(dǎo)循環(huán)、鉆石空缺、以及拓補量子比特。遺憾的是，在上述所有架構(gòu)中，量子位都相當(dāng)脆弱、很容易產(chǎn)生計算錯誤。

即便是只包含了少數(shù)幾個量子位的量子處理器，通常也大到難以規(guī)模化生產(chǎn)。好消息是，來自澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究人員們，已經(jīng)開發(fā)出了同時解決這兩個痛點的新型芯片設(shè)計。

UNSW 的研究人員們傾向于采用硅自旋量子計算方法，因為這樣就能夠復(fù)用現(xiàn)有的硅基微處理器技術(shù)。

據(jù)近日發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上的一篇論文所述，這是一款基于“互補型金屬氧化物半導(dǎo)體”（CMOS）工藝設(shè)計的新型計算芯片。

這顆硅量子處理器由一個巨大的二維量子比特陣列構(gòu)成，采用傳統(tǒng)的硅晶體管來控制量子位的自旋，以及用兩個量子比特來處理邏輯交互。

論文一作、Menno Veldhorst 博士表示：

通過選擇量子比特位上的一個電極，我們可以控制一個量子比特的自旋，其存儲著‘0’或‘1’的量子二進制編碼。而在量子位之間選擇電極，就可以在兩個量子比特上執(zhí)行邏輯交互或者運算。

World's first complete design of a silicon quantum computer

研究團隊稱，量子計算所需的所有關(guān)鍵部件，都可以在單個芯片中實現(xiàn)。此外，該芯片的體系結(jié)構(gòu)中包含了依賴于存儲單一數(shù)據(jù)的多個量子位的錯誤校正代碼，這是專門為自旋量子比特而設(shè)計的。

為了做好生產(chǎn)的準(zhǔn)備，UNSW 團隊預(yù)計還需要對芯片設(shè)計進行一些必要的修改。另一方面，他們對實現(xiàn)當(dāng)前里程碑的速度感到自豪，因為他們 2 年前才創(chuàng)建了一個雙量子位邏輯門，并演示了如何在硅芯片上進行量子計算。