澎湃新聞記者 虞涵棋
2020-04-17 19:35 來源：澎湃新聞
量子計算概念很熱，量子計算的現實卻很「冷」。
4月16日，世界頂級學術期刊、英國《自然》雜誌「背靠背」發表了兩篇論文，用同樣的方法提高了量子計算的工作溫度，一篇是1.5開爾文，一篇是1.1開爾文。
1.5開爾文等於-271.65攝氏度，當然還是很「冷」。不過，這已經比谷歌、IBM等主流公司使用超導量子比特技術的工作溫度高出了15倍。
這種提升在量子世界裡會呈現出極端放大效應，相對應的製冷成本從數百萬美元驟降至數千美元。
可以說，這為量子計算機從實驗設備走向現實應用解決了一個重要障礙。
Hengry Yang博士和Andrew Dzurak教授 版權歸屬Paul Henderson-Kelly經典計算機用電晶體存儲一「位」信息，電晶體的開關狀態分別表示0和1。在量子計算機上，信息通常由自旋等獨特的量子特徵來記錄，而且得益於疊加態，一個量子比特上能同時存儲0和1。
以目前的技術水平，量子比特（qubit）可以通過超導電路實現或在矽等半導體內形成。這類固態平臺需要冷卻至極低溫度，而溫度越高，粒子振動越劇烈，量子比特精妙的狀態就會被幹擾，進而影響性能。
如果要讓量子計算機完成新藥設計這種級別的複雜計算，可能需要數百萬對量子比特。每增加一對，系統總熱量自然也會增加。為了留有餘地，當前的量子計算機設計都把溫度推向了接近絕對零度的溫度（約0.1開爾文）下運轉。
這樣的話，光製冷設備就要耗資數百萬美元。而且，一旦插入傳統的電子電路，它們就會立馬過熱。門檻之高，令人望而生畏，實用前景，也更加撲朔迷離。
澳大利亞新南威爾斯大學和荷蘭代爾夫特理工大學這兩個研究團隊選擇的是矽量子點系統。他們讓一對量子比特組成單元晶胞，限制在由富含矽-28同位素的材料製成的量子點中，並與周圍能在超過1開爾文溫度下正常運作的材料很好地隔離開來。然後，僅僅通過兩個量子點之間的電子隧穿來初始化和讀取電子自旋信息。
在「熱操作」下，相干時間為2微秒，與自然矽材料中的「冷操作」水平相當。
更廉價、更現實1開爾文以上意味著什麼？意味著量子計算可以擺脫昂貴而複雜的稀釋冰箱，轉而使用更為簡單的氦製冷系統，能效大幅提升。
《自然》雜誌新聞觀點評價道，將運行溫度提至1開爾文以上是一個重要的裡程碑，因為冷卻到這一閾值以下既不容易也不便宜。隨著溫度提高到1開爾文以上，成本將大幅下降。
此外，矽基平臺也是很有誘惑力的選擇，因為這將有利於集成利用現有矽基硬體的經典系統。如果量子計算技術果真可以放大到數百萬量子比特的規模，可以通過矽晶圓製造廠來生產。
「背靠背」研究那麼，為什麼會有兩篇「套路」一樣的論文同期發表呢？原來，該技術最早是 澳大利亞新南威爾斯大學教授安德魯•德祖拉克（Andrew Dzurak）領導的團隊在2014年提出的，並於2019年2月將實驗結果（1.5開爾文）上傳在預印本網站上。
澳大利亞方論文的第一作者楊智寰，被德祖拉克評價為「傑出的實驗者」。
荷蘭方論文的通訊作者M. Veldhorst曾是德祖拉克團隊裡的博士後，用同樣方法取得的實驗結果（1.1開爾文）於2019年10月上傳。
從同一個學術交點，延伸出了兩條獨立的研究線，最終又匯集在這一期的《自然》 雜誌上。
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