據(jù)悉，科學家們已研發(fā)出他們所說的硅量子微芯片的第一個完整的設(shè)計方案。這預示著有可能完全使用傳統(tǒng)硅技術(shù)來生產(chǎn)量子計算機。

傳統(tǒng)計算機開啟或關(guān)閉晶體管，從而將數(shù)據(jù)表示為1和0。相比之下，量子計算機使用量子比特（qubit）；由于量子力學的性質(zhì)，量子比特可能處于疊加狀態(tài)，而在這個狀態(tài)下，量子比特可以同時是1和0。

疊加讓量子比特一次執(zhí)行兩次計算。如果2個量子比特是量子力學聯(lián)系在一起的，即糾纏（entangled），它們可以同時執(zhí)行22即4次計算。3個量子比特可同時執(zhí)行23即8次計算，依次類推。原則上，擁有300個量子比特的量子計算機瞬間所能執(zhí)行的計算次數(shù)比可見宇宙中的原子總數(shù)還多。

全球各地的研究團隊在探究各種不同的方法來制造切實有用的量子計算機。目前至少有五種量子計算方法在探索當中：硅自旋量子比特、離子阱、超導環(huán)、鉆石空位和拓撲量子比特。

所有量子計算策略共同面臨的一個挑戰(zhàn)是，量子比特很容易受到熱及其他噪聲的干擾。為了克服這個弱點，量子計算機需要使用糾錯碼來保護它們免受干擾。比如說，來自單個“邏輯”量子比特的信息可以擴散到幾個高度糾纏的“物理”量子比特，以減小任何環(huán)境干擾會篡改相關(guān)信息的可能性。

需要使用量子糾錯碼表明，量子計算機可能需要多達數(shù)百萬個量子比特才能解決復雜問題，確保切實有用。而事實證明，讓現(xiàn)有的量子計算策略支持數(shù)量如此龐大的量子比特是個艱巨的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，澳大利亞的一批科學家已研發(fā)出了一種設(shè)計，他們表示可以將數(shù)百萬個硅自旋量子比特集成到微芯片上。悉尼新南威爾士大學澳大利亞國家制造中心主任安德魯?祖拉克（Andrew Dzurak）表示，此外，“所有部件都可以由傳統(tǒng)的硅片制造工廠使用標準的CMOS材料來制造?！弊胬耸墙裉彀l(fā)表在知名雜志《自然》網(wǎng)絡(luò)版上的這篇論文的高級作者，論文詳細介紹了這個科研小組的研究工作。

祖拉克表示，這個芯片設(shè)計方案的一個重要進展是傳統(tǒng)電子部件的架構(gòu)，這些電子部件可以操縱和讀出來自數(shù)百萬個量子比特的數(shù)據(jù)。他補充道，其他量子計算設(shè)計大多數(shù)只專注于量子比特層面的架構(gòu)，忽略了傳統(tǒng)的電子部件，或者將控制電子元件做到單獨的芯片上。 祖拉克說：“這是第一種將所有東西統(tǒng)統(tǒng)集成到一塊芯片上的設(shè)計?！?/p>

祖拉克表示，這個設(shè)計方案的另一個關(guān)鍵部分就是專門為硅自旋量子比特設(shè)計的一種新的糾錯碼。他說：“基本上，它讓100萬個量子比特可以做在一塊尺寸與傳統(tǒng)微處理器相同的芯片上?！?/p>

祖拉克表示，要實現(xiàn)這個設(shè)計方案，需要邁出的頭一步就是設(shè)計出用來選擇量子比特的晶體管。他補充道，另一步就是設(shè)計精確的元件布局和特征尺寸，最大限度地減少部件之間的相互干擾。祖拉克說：“所有階段都需要為整個架構(gòu)的每一個部分（從量子比特柵電極到連接線）設(shè)計和開發(fā)特定的制造工藝?！?/p>

研究人員目前有6370萬美元的資金，用于在2022年之前開發(fā)出10個量子比特的硅量子集成電路原型。新南威爾士大學、澳大利亞電信公司Telstra、澳大利亞聯(lián)邦銀行和澳大利亞及新南威爾士州政府達成了一項協(xié)議，而這筆資金是其中的一部分。今年8月，這些合作伙伴共同設(shè)立了澳大利亞第一家量子計算公司Silicon Quantum Computing Pty Ltd，以促進開發(fā)和商用該研究團隊研發(fā)的技術(shù)。

祖拉克說：“我們不會一開始就力求做出100萬個量子比特的芯片。我們會從比較適中的目標開始入手，比如說10個量子比特的設(shè)備，然后提高到100個量子比特，再逐漸提高到100萬個量子比特，就像適用于傳統(tǒng)微處理器的摩爾定律那樣。”