全球首款能集成量子相互作用的计算机芯片诞生

澳大利亚新南威尔士大学UNSW的研究人员设计出一种能集成量子相互作用的计算机芯片。研究人员重新设计硅微处理器，为“难以捉摸”的量子计算机芯片设计一个完整的设计。该研究团队甚至建议使用现有的工业标准过程和组件制造芯片。如果成功，该处理器能够高效完成复杂计算解决的科学问题，如气候变化或医学研究，也适用于无缝加密通信。

这项颠覆式的研究意味着未来计算机领域，可以将人们熟悉的各种电脑、智能手机，集合成量子计算机里的芯片处理器。运算能力、速度尤其是运算功能将有本质上的飞跃。

计算机时代，也将从目前的电子计算机时代，一跃飞升至量子计算机时代！

这种设计采用了传统的硅晶体管开关，在一个巨大的二维数组中，利用基于网格的“字节”和“比特”选择协议，在传统的计算机内存芯片中选择比特，类似于“打开”操作。通过选择一个量子位元以上的电极，研究人员发现他们可以我们运用电子探针控制一个量子位元的自旋，它储存一个0或1的量子二进制码。通过在量子比特之间选择电极，可以在量子位之间执行两比特逻辑相互作用或计算。量子位可以以二进制代码存储信息，如0、1或0和1的任意组合。量子计算机可以同时存储多个值，也可以同时处理多个操作。这使量子计算机在解决一系列重要问题时比传统计算机快数百万倍。

做芯片研究的Andrew Dzurak教授说：“我们通常认为登陆月球是人类最伟大的科技奇迹。但建立一个可以放在口袋里并且有十亿个操作装置集成工作的微处理器芯片，就是一项惊人的技术成就，这是现代生活的革命。在量子计算方面，我们正处在另一个技术飞跃的边缘，它可能是深刻而有变革性的。但在单个芯片上实现这一目标的完整工程设计一直十分困难。我想我们正在新南威尔士大学做的研究让它成为现实。最重要的是，它可以在一个现代化的半导体制造厂生产。”

根据研究人员的说法，微芯片可以为创造无数量子比特铺平道路。

研究团队的领队Menno Veldhorst教授说：“值得注意的是，今天的计算机芯片需要但无法解决的量子效应问题，量子计算机可以解决。”

人们普遍认为，解决解决全球重大挑战问题时需要数百万个量子比特同时工作。为做到这一点，我们需要把量子比特封装在一起并集成它们，就像我们使用现代微处理器芯片一样。这就是这种新设计的目的。但要解决复杂的问题，一个有用的通用量子计算机将需要数以百万计的量子比特。

Dzurak教授解释说：“所以我们需要使用纠错采用多比特存储一块数据代码。我们的芯片蓝图集成了一种专为自旋量子位设计的新型纠错码，它涉及数以百万计的量子比特的复杂操作协议。这是第一次尝试集成一个芯片来控制和读取量子计算所需的数以百万计的量子比特所需的所有传统硅电路。我们预计，在其进入制造业的过程中，仍然需要对这种设计进行修改，但量子计算所需的所有关键组件都在一个芯片中。”

该小组下一步将根据该设计在该大学建立一个量子计算机样机，并声称它将在两年内投入使用。一旦建成，电脑的能力意味着它将不得不回答许多科学问题的能力；创造新的救命药；解决最令人难以置信的科学问题；解开最远最深的空间未知的奥秘；解决了普通电脑将需要数亿年的时间来计算一些的问题。”

先来科普一下量子计算机的原理：我们都知道目前计算机采用二级制（0和1），而量子计算机却采用无限并行运算，量子计算机的关键就在于同时能叠加量子比特的多少，量子比特叠加得越多，并行运算能力越强，而且是指数级增长。

如果把传统的电子线性计算方式，比作万只蜗牛排队过独木桥，那么量子并行运算就是万只飞鸟同时升上天空。

当前世界各地已对多种架构进行测试，并且争相推出首个集成了数以百万计“量子比特”的量子计算机处理器。目前以谷歌、微软、IBM、英特尔、荷兰QuTech等为首的量子计算机研发团队，都还在为20～49个量子比特级拼命。其中包括硅自旋量子比特、离子阱、超导循环、钻石空缺、以及拓补量子比特。遗憾的是，在上述所有架构中，量子位都相当脆弱、很容易产生计算错误。

而且量子比特很容易收到干扰，这也在很大程度上制约了量子计算机技术研究的进一步突破。澳大利亚新南威尔士大学这个量子计算机项目，宣布攻克的正是这个看似不可能突破的科技边界。如果真能实现的话，那么毫无疑问这将是计算机领域最重要的一次飞越，人类科技史上也将是最重要的发明之一。