量子计算最新进展：量子芯片将可利用现有硅工艺制造

近日，一个由澳大利亚和荷兰的工程师组成的团队宣布成功研究出了一套完整的量子计算机芯片(以下简称量子芯片)设计方案，使量子芯片可以通过大多数现有标准硅技术制造。

新的芯片设计发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，详细介绍了一种新的结构，可使用现有的半导体元件来进行量子计算——即CMOS (互补型金属氧化物半导体)，这是所有现代芯片的基础。

“通过创造一个微处理器芯片，将大量的操作元件集成在一起工作，就像交响乐一样——你可以把它放在口袋里!——这是一项令人震惊的技术成就，也是现代生活的一场革命，”新南威尔士大学澳大利亚国家制造设施主任Andrew Dzurak说。“量子计算使我们处于技术飞跃的边缘，这一飞跃可能具有深远的变革意义。但是一个完整的量子芯片制造工程设计一直难以实现。”

“我认为新南威尔士大学的进展使这一切成为了可能。最重要的是，在现代半导体工厂中，也将能够制造量子芯片。”他补充道。

据研究报告的主要作者Menno Veldhorst介绍这项新设计最初是为了绘制出一种可以想象的工程路径，以创造数百万量子比特(或者量子位)。

为了应对重大的全球性问题——比如气候变化或癌症等复杂疾病——人们普遍认为，我们需要使用数以百万计的量子比特来串联工作。

为了做到这一点，我们需要将量子比特打包并集成，就像我们使用现代微处理器芯片一样。这就是新设计的目标。

量子计算机通过使用量子物理的原理，即“纠缠”和“叠加”，成倍地扩展了现代计算机中使用的二进制代码的词汇量。量子位可以存储一个0、一个1或0和1的任意组合。

正如量子计算机可以同时存储多个值，它也可以同时处理多个值，同时进行多个操作。

在解决一系列重要问题时，这将使通用量子计算机的速度比传统计算机快数百万倍。

Veldhorst说:“我们的设计在一个巨大的二维阵列中结合了传统的硅晶体管switch和量子比特之间的‘turn on’操作，使用基于网格的‘word’和‘bit’选择协议，类似于在传统的计算机内存芯片中选择比特。”

“通过在一个存储0或1量子二进制码的量子比特之上选择电极，我们可以控制量子比特的自旋。通过在多个量子比特之间选择电极，两个量子比特逻辑相互作用或计算可以在量子比特之间进行。”他补充道。

从以上介绍中我们可以看出，若此设计工艺完全成熟，量子芯片的量产将很快就能实现，这可以说是一个让人振奋的消息。