量子计算平台运行温度提至一开尔文以上

英国《自然》杂志4月15日发表的两项独立研究，成功演示了能在以现有运行温度的15倍温度下运作的量子计算平台。运行温度提至1开尔文以上被认为是该领域一个重要里程碑，对于将现有原型扩展至更大更强的量子计算机来说，研究结果将能带来极大影响。

量子比特对应经典的计算比特，可以通过超导电路实现或在半导体（比如硅）内形成。这类固态平台需要冷却至极低温度，因为热量产生的振动会干扰量子比特，进而影响性能。一般来说，固态平台需要在约0.1开尔文（零下273.05摄氏度）的温度下运转——这需要非常昂贵的制冷技术。

此次最新的两项独立研究分别报道了各自的概念验证性实验，成功让硅基量子计算平台在超过1开尔文的温度下运行。其中荷兰代尔夫特理工大学科学家曼诺·维尔德霍斯特及其同事，制作了一个能在1.1开尔文温度运作的量子电路；澳大利亚新南威尔士大学的研究团队演示的一个系统，则能在约1.5开尔文的温度下运作。

两项研究都把限制在硅中的电子自旋作为量子比特，并与周围能在超过1开尔文温度下正常运作的材料很好地隔离开来。在这个温度下，可以引入定域电子来操控量子比特，研究人员认为，这是将这类量子处理器扩展至百万量子比特的先决条件。

尽管此次升温幅度相对来看并不大，但能将运行温度提至1开尔文以上是一个重要的里程碑，因为冷却到这一阈值以下既不容易也不便宜。随着温度提高到1开尔文以上，成本将大幅下降，效率将显著提升。此外，硅基平台也是很有诱惑力的选择，因为这将有利于集成利用现有硅基硬件的经典系统。

量子计算机无疑具有令人难以置信的能力，但现阶段有一个众所周知的问题——量子比特的不稳定性，以及另一个不怎么为人所知的问题——运行所需的温度条件。目前最流行的量子比特类型，基本都只在极低的温度下存在，如果不想继续以巨额支出来维持冷却系统，要么能拿出使系统保持在如此低温下的低成本解决方案，要么提升运行温度。由此我们才说，本文这一新进展能为创造室温下运行的量子计算机开辟出新前景，进而推动量子计算和量子互联网技术走上应用之路。