美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)攜手瑞典查爾姆斯理工大學(xué)，開(kāi)發(fā)出一種新型“量子冰箱”，能有效冷卻量子比特，為量子計(jì)算創(chuàng)造“干凈”的工作空間。

　　該裝置利用熱量驅(qū)動(dòng)，自主將目標(biāo)量子比特冷卻至接近絕對(duì)零度的極低溫，從而減少計(jì)算錯(cuò)誤，提升量子計(jì)算的可靠性。

　　為了“擦除”或重置超導(dǎo)量子比特，即把它們恢復(fù)到最低能量狀態(tài)，通常需要將它們冷卻至接近絕對(duì)零度。傳統(tǒng)上，最佳的重置方式可以達(dá)到 40—49 毫開(kāi)爾文(mK)的溫度。

　　此次研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了更佳成績(jī)：將量子比特冷卻至 22mK，顯著減少了初始錯(cuò)誤，為后續(xù)的計(jì)算過(guò)程節(jié)省了大量糾錯(cuò)工作量。

　　援引新聞稿報(bào)道，該量子冰箱基于超導(dǎo)電路，由三個(gè)量子比特構(gòu)成：一個(gè)“熱”量子比特提供能量，一個(gè)“冷”量子比特充當(dāng)散熱器，以及一個(gè)需要被冷卻的目標(biāo)量子比特。

　　基于超導(dǎo)電路的新型“量子冰箱”由兩個(gè)量子比特組成，一個(gè)熱量子比特(右上)和一個(gè)冷量子比特(中間)，它們共同冷卻目標(biāo)量子比特(左下)。圖片來(lái)源：瑞典查爾姆斯理工大學(xué) / NIST

　　在實(shí)際的量子計(jì)算機(jī)中，如果充當(dāng)“黑板”(chalkboard)的計(jì)算量子比特溫度過(guò)高，“熱”量子比特將目標(biāo)量子比特的熱量泵入“冷”量子比特(散熱器)，從而冷卻目標(biāo)量子比特至接近基態(tài)，清除計(jì)算殘留，為下一次計(jì)算做好準(zhǔn)備。該過(guò)程自動(dòng)運(yùn)行，只需極少的外部控制或額外資源，即可維持計(jì)算量子比特的計(jì)算能力。

　　這項(xiàng)研究解決了量子計(jì)算領(lǐng)域的一大難題 —— 維持量子比特的穩(wěn)定性。通過(guò)有效冷卻量子比特至極低溫，量子“冰箱”能最大限度地減少熱量和輻射對(duì)量子比特的干擾，從而降低計(jì)算錯(cuò)誤率，為構(gòu)建更可靠的量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。