低温IC可能是量子计算机可扩展性的答案

量子计算未来面临的众多挑战之一是可扩展性。虽然研究人员预测，量子计算机将需要在数十万个Qubits上操作，但当前的量子计算机仍在使用双位数量子位。

目前的状态和量子数量的趋势。图像Edoardo Charbon

悉尼大学的研究人员与微软合作现在已经开发了一种技术，他们认为这将允许量子计算机的规模缩放。

量子可扩展性的挑战

量子可伸缩性很大受两个冲突的约束。

第一个约束是要用控制信号操纵Qubit，现代体系结构要求每个量子量都通过外部电路单独控制。这些控制信号由经典的（而不是量子）电子产生。

第二个约束是一个事实，即必须将量子计算机保持在低温温度（接近绝对零）中才能在量子力学世界中行为决心。

带有温度的典型量子计算机框图。请注意，4K是室温。图像Edoardo Charbon

这是发生基本不兼容的地方：必须使用经典电子来单独控制量子，但是量子位必须以接近绝对零的速度运行。低温环境的经典电子设备仍处于起步阶段。取而代之的是，量子计算机的设计人员在室温下操作经典电子设备，并使用长而笨拙的电缆将两者接口。

这是限制量子计算机可扩展性的大因素。实际上，最新的研究实验需要200个宽带同轴电缆，45个微波循环器和室温电子设备仅控制53吨。研究人员如何采取下一步来控制数千个量子位？

低温CMOS IC控制了数千个Qubits

四年多来，悉尼大学的研究人员一直与微软合作解决这个问题，并已有本周宣布了有希望的发展。

他们的解决方案是消除经典量词电子产品之间的距离和温度差。他们通过开发基于CMOS的Qubit控制IC来做到这一点，该IC旨在在低温温度下以低至100 mk的速度运行。

单个IC能够控制数千个Qubits，而仅需要两根电线作为输入，从而消除了常规量子计算机所需的大规模基础架构。

稀释冰箱中的低温IC。图像由悉尼大学

随着可扩展性的提高，这种解决方案（将经典电子设备更接近量子电子设备）是降低功耗和提高速度的额外好处。

冷冻-CMOS芯片结合了模拟和数字

如研究人员发表的文章所述自然， 这冷冻-CMOS芯片由数字和模拟块组成。数字电路块用于通信，内存（以128位寄存器的形式）以及通过大约100,000个晶体管组成的有限状态机对芯片进行自动操作。本节还包含可配置的环振荡器。

IC的平面图。图像Pauka等。

在模拟侧是电荷锁快速门（CLFG）单元，它们使用开关电容器技术来生成控制量子台所需的动态和静态电压。CLFG阻止了在低温温度下设备的低泄漏，利用基于开关的基于CAP的技术来生成和移动充电。

悉尼研究人员与微软合作，预计该芯片将不仅保留在学术界，但会完全制造。该IC是建立在28nm完全消耗的硅技术技术上的。

接近量子的未来

研究员戴维·赖利（David Reilly）在谈到该项目的未来时说：“我们才刚刚开始这一新的量子创新浪潮。”他继续说：“伙伴关系的伟大之处是我们不仅发表论文并继续前进。现在，我们可以继续使用蓝图以在工业规模上实现量子技术。”