全球首个！低温下可精准控制“百万量级量子比特”芯片问世

电子发烧友网综合报道 6月30日消息，澳大利亚悉尼大学与新南威尔士大学的研究团队在量子计算领域取得里程碑式突破——他们成功开发出全球首个在低温环境下可精准控制“百万量级量子比特”的芯片，相关成果发表于《自然》期刊，为实用化量子计算机的构建开辟了新路径。

研究团队研制的新型芯片基于自旋量子比特技术，通过操控单个电子的磁方向编码信息。这一技术路线具有两大核心优势：一是自旋量子比特与主流CMOS半导体工艺兼容，易于规模化生产；二是其量子态在极低温下稳定性显著提升。实验中，芯片在毫开尔文温度（略高于绝对零度-273.15℃）下运行，这一温度接近物质运动的极限，确保了量子比特的相干性。

量子计算规模化面临的核心挑战在于，传统控制电路产生的热量和电噪声会破坏量子态的稳定性。研究团队通过精密设计，首次实现了控制系统与量子比特的紧密集成。在空间优化方面，量子比特与晶体管芯片的距离缩短至不足1毫米，突破了此前需数厘米隔离的技术瓶颈；
在性能保障方面，单比特和双比特操作的高保真控制几乎无性能损失，量子态相干性未受干扰；在能效革命方面，系统总体功耗仅约10微瓦，模拟部分每兆赫仅耗电20纳瓦，为百万量级量子比特的扩展提供了能源保障。

研究证实，在特定温度条件下，复杂电子系统可与量子比特无缝集成。测量数据显示，即使量子比特与控制电路近在咫尺，其量子态仍能保持稳定。这一发现颠覆了“量子系统需完全隔离”的传统认知，为量子计算与经典电子技术的融合奠定了理论基础。

该低温电子平台的应用潜力远超量子计算领域。如，在传感系统领域，极低功耗与高精度特性可提升量子传感器性能； 在数据中心领域，为未来高密度计算提供低温环境解决方案； 在材料科学领域，模拟百万量子比特级别的分子相互作用，加速新药研发与新材料设计。

目前，全球量子计算竞争激烈。微软推出的拓扑量子芯片Majorana 1通过“马约拉纳粒子”实现百万量子比特集成，谷歌的Willow芯片则以超导量子比特技术完成5分钟内超越经典超级计算机10²⁵年的计算任务。而此次澳大利亚团队的突破，以自旋量子比特与CMOS工艺的结合，为量子计算规模化提供了第三条技术路径。正如研究团队所言：“这不仅是量子计算的突破，更是未来科技生态的基石。”