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低温下精准控制量子比特的芯片问世

作者:小编 日期:2025-06-30 19:13:27 点击数: 

  ——习在致中国科学院建院70周年贺信中作出的“两加快一努力”重要指示要求

  1949年,伴随着新中国的诞生,中国科学院成立。作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学院院级科技专项体系包括战略性先导科技专项、重点部署科研专项、科技人才专项、科技合作专项、科技平台专项5类一级专项,实行分类定位、分级管理。

  为方便科研人员全面快捷了解院级科技专项信息并进行项目申报等相关操作,特搭建中国科学院院级科技专项信息管理服务平台。了解科技专项更多内容,→

  中国科学技术大学(简称“中国科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中国科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年经教育部批准更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学方针,与中国科学院直属研究机构(包括所、院、台、中心等),在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面高度融合,是一所以研究生教育为主的独具特色的高等学校。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,由上海市人民政府主管,2013年经教育部正式批准。上科大开云官方入口 开云网址致力于服务国家经济社会发展战略,培养科技创新创业人才,努力建设一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  由悉尼大学领导的研究团队开发的低温量子控制平台。图片来源:澳大利亚悉尼大学

  量子计算机要真正实现大规模实用化,关键在于如何稳定、精准地控制海量量子比特。澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队在这一方向取得重要突破。他们开发出一种低温下实现精准控制的芯片,有望将芯片上的量子比特数量从目前的几十个扩展到百万量级。相关成果近日发表在《自然》期刊上。

  研究团队研制出一种可在毫开尔文温度条件下控制自旋量子比特的硅芯片。这一温度略高于绝对零度(-273.15℃),理论上是物质完全静止的极限。自旋量子比特将信息编码在单个电子的磁方向上,具有易于扩展的优势,并与当前广泛使用的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术兼容。

  自旋量子比特必须在1开尔文以下的极低温度才能稳定运行,保持其量子信息。此外,要实现大规模扩展,还需通过复杂集成电子系统来控制与读取这些量子比特。而这又带来一个重大难题:若控制电路距离过近,产生的热量和电噪声可能会干扰量子态的稳定性。

  此次,研究团队首次证明,通过精密设计,这种干扰也可避免。实验显示,该芯片能实现对单比特和双比特操作的高保真控制,几乎无性能损失,且不会影响量子态的相干性。这意味着控制系统可与量子比特紧密集成,解决了长期困扰量子计算扩展的“干扰”和“发热”难题。相关测量还表明,系统功耗极低,总体控制功率仅约10微瓦,其中模拟部分每兆赫仅耗电20纳瓦,有望支持百万量级量子比特的扩展。

  该实验印证了科学界长期以来的一个设想,即在一定的温度环境下,复杂的电子系统也可与量子比特集成,实现精确控制。实验结果表明,只要控制系统设计得当,即使量子比特与不到一毫米远的晶体管芯片共存,其量子态几乎不会受到干扰。

  这项研究为在CMOS技术基础上,将自旋量子比特规模化至上百万个,从而构建实用量子计算机提供了可行方案。研究人员认为,该低温电子平台不仅可助力量子计算,还将在传感系统和未来数据中心等多个领域释放潜力。

  由悉尼大学领导的研究团队开发的低温量子控制平台。图片来源:澳大利亚悉尼大学量子计算机要真正实现大规模实用化,关键在于如何稳定、精准地控制海量量子比特。澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队在这一方向取得重要突破。他们开发出一种低温下实现精准控制的芯片,有望将芯片上的量子比特数量从目前的几十个扩展到百万量级。相关成果近日发表在《自然》期刊上。研究团队研制出一种可在毫开尔文温度条件下控制自旋量子比特的硅芯片。这一温度略高于绝对零度(-273.15℃),理论上是物质完全静止的极限。自旋量子比特将信息编码在单个电子的磁方向上,具有易于扩展的优势,并与当前广泛使用的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术兼容。自旋量子比特必须在1开尔文以下的极低温度才能稳定运行,保持其量子信息。此外,要实现大规模扩展,还需通过复杂集成电子系统来控制与读取这些量子比特。而这又带来一个重大难题:若控制电路距离过近,产生的热量和电噪声可能会干扰量子态的稳定性。此次,研究团队首次证明,通过精密设计,这种干扰也可避免。实验显示,该芯片能实现对单比特和双比特操作的高保真控制,几乎无性能损失,且不会影响量子态的相干性。这意味着控制系统可与量子比特紧密集成,解决了长期困扰量子计算扩展的“干扰”和“发热”难题。相关测量还表明,系统功耗极低,总体控制功率仅约10微瓦,其中模拟部分每兆赫仅耗电20纳瓦,有望支持百万量级量子比特的扩展。该实验印证了科学界长期以来的一个设想,即在一定的温度环境下,复杂的电子系统也可与量子比特集成,实现精确控制。实验结果表明,只要控制系统设计得当,即使量子比特与不到一毫米远的晶体管芯片共存,其量子态几乎不会受到干扰。这项研究为在CMOS技术基础上,将自旋量子比特规模化至上百万个,从而构建实用量子计算机提供了可行方案。研究人员认为,该低温电子平台不仅可助力量子计算,还将在传感系统和未来数据中心等多个领域释放潜力。

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