5月6日，美國麻省理工學(xué)院團隊在《自然·通訊》雜志上展示了一種全新超導(dǎo)電路設(shè)計，該設(shè)計可讓量子處理器速度提高10倍。這是目前量子系統(tǒng)中實現(xiàn)的最強非線性光物質(zhì)耦合，有助于未來量子計算機運行更快、更穩(wěn)定，并推動其實用化進程。
量子計算機的潛力在于其模擬復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)或加速人工智能訓(xùn)練的能力，但實現(xiàn)這些應(yīng)用的前提是量子處理器能以超高速完成計算并精準讀取結(jié)果。傳統(tǒng)量子系統(tǒng)的讀取效率受限于光子與人工原子(存儲量子信息的載體)之間的耦合強度。
而MIT團隊此次設(shè)計的超導(dǎo)電路將這一關(guān)鍵參數(shù)提升了10倍。這一突破意味著量子態(tài)的測量時間可縮短至幾納秒級別，同時顯著降低誤差率，使量子比特在有限壽命內(nèi)完成更多計算與糾錯循環(huán)。
研究的核心創(chuàng)新在于一種名為“四分量耦合器”的新型量子耦合器。該設(shè)備通過電流注入增強量子比特與光信號的相互作用，創(chuàng)造出極強的非線性耦合效應(yīng)。團隊成員形象地比喻其作用：“就像為量子世界配備了一位高效翻譯官，讓光與物質(zhì)之間的對話更加流暢。”
實驗中，研究人員將耦合器連接至芯片上的兩個超導(dǎo)量子比特：一個被改造為諧振器(作為量子態(tài)讀取器)，另一個作為人工原子存儲量子信息。當(dāng)微波光照射系統(tǒng)時，諧振器頻率隨量子比特狀態(tài)(“0”或“1”)變化，通過監(jiān)測這一變化即可實現(xiàn)快速讀取。測試結(jié)果顯示，新設(shè)計的非線性耦合強度較此前技術(shù)高出一個數(shù)量級，讀取速度與準確性均實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
從長遠來看，這項技術(shù)為構(gòu)建容錯量子計算機奠定了重要基礎(chǔ)。當(dāng)前量子比特易受環(huán)境干擾導(dǎo)致信息丟失，而更強的耦合與更快的讀取能力將大幅提升系統(tǒng)的糾錯效率，推動量子計算向大規(guī)模、實用化方向發(fā)展。MIT團隊自2019年起便專注于研發(fā)專用光子探測器以增強量子信息處理能力，此次成果被視為該領(lǐng)域的重大里程碑。
MIT研究團隊的突破不僅標志著量子硬件技術(shù)的關(guān)鍵跨越，更預(yù)示著人類距離解鎖量子計算全部潛力的目標又近了一步。
(資料參考來源：科技日報)
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