假設(shè)的千比特量子計(jì)算機(jī)性能或比當(dāng)今最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)高出約十億倍。

普林斯頓大學(xué)的研究人員構(gòu)建了一種新型超導(dǎo)量子比特，其相干時(shí)間比先前實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的結(jié)果延長了三倍。谷歌和IBM同樣采用了transmon量子比特的底層技術(shù)。然而，根據(jù)普林斯頓大學(xué)的消息，該校研發(fā)的量子比特相干時(shí)間比這些科技巨頭的產(chǎn)品優(yōu)秀15倍。

量子計(jì)算機(jī)被視為下一代計(jì)算的"圣杯"，有望解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法處理的復(fù)雜計(jì)算。該領(lǐng)域的近期進(jìn)展已促使多家公司推動(dòng)量子技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。然而，在量子計(jì)算成為主流之前，仍有許多未解難題亟待攻克。其中之一便是量子比特本身的壽命問題——即"相干時(shí)間"，它定義了量子比特在失效前能保持信息的時(shí)間。

當(dāng)量子比特失效時(shí)，它便無法繼續(xù)用于復(fù)雜計(jì)算，且信息丟失可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，進(jìn)一步增加量子計(jì)算的復(fù)雜性。普林斯頓新研發(fā)的量子比特正致力于解決量子計(jì)算研究中的這一核心問題。

如何制造新型量子比特？

Transmon量子比特是量子研究中采用的另一種量子比特類型，需在極低溫環(huán)境下運(yùn)行。谷歌和IBM等公司采用transmon量子比特的原因之一，是其對(duì)干擾的高耐受性和易于制造的特性。然而，研究表明提升這類量子比特的相干時(shí)間極為困難，主要瓶頸在于制造材料質(zhì)量。因此，由納塔莉·德·萊昂和安德魯·霍克領(lǐng)導(dǎo)的普林斯頓研究團(tuán)隊(duì)嘗試通過改變材料尋求突破。

在該?；瘜W(xué)家羅伯特·卡瓦的協(xié)助下，團(tuán)隊(duì)選用稀土元素鉭構(gòu)建量子電路。鉭具備極強(qiáng)的穩(wěn)定性，能承受制造過程中最嚴(yán)苛的清潔工藝以消除污染。

創(chuàng)紀(jì)錄的性能表現(xiàn)

雖然藍(lán)寶石基板上制造的電路已顯示出相干時(shí)間的提升，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)寶石基板會(huì)導(dǎo)致較高的能量損耗，遂決定改用現(xiàn)代計(jì)算制造中常用的高純度硅基板。在硅基板上制造量子比特在技術(shù)上極具挑戰(zhàn)，但普林斯頓團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持攻關(guān)，最終成功克服技術(shù)壁壘，研制出相干時(shí)間比谷歌和IBM目前產(chǎn)品優(yōu)秀15倍的transmon量子比特。

霍克指出，若將普林斯頓研發(fā)的量子比特直接應(yīng)用于谷歌當(dāng)前最強(qiáng)的量子處理器"Willow"，其性能可提升1000倍。值得注意的是，隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大，這種量子比特的優(yōu)勢(shì)將呈指數(shù)級(jí)增長?；艨斯浪?，一臺(tái)假設(shè)的千比特量子計(jì)算機(jī)的性能可能比當(dāng)今最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)高出約十億倍。

"我們已證明在硅基板上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是可行的，"德·萊昂表示，"通過闡明關(guān)鍵步驟以及實(shí)現(xiàn)長相干時(shí)間所需的重要基礎(chǔ)特性，現(xiàn)在任何從事規(guī)模化處理器研發(fā)的團(tuán)隊(duì)都能更輕松地采用這項(xiàng)技術(shù)。"

該研究成果已發(fā)表于《自然》期刊。

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