量子計算新突破：低溫精準控“芯”助力量子比特邁向百萬級

在量子計算領域，澳大利亞悉尼大學與新南威爾士大學的研究團隊取得了令人矚目的進展，成功開發(fā)出一種能夠在低溫環(huán)境下精準控制量子比特的芯片。這一創(chuàng)新成果于 2025 年 6 月 30 日被科技日報報道，有望為量子計算機的大規(guī)模實用化鋪平道路。

量子計算機的實用化面臨的關鍵挑戰(zhàn)在于如何穩(wěn)定且精準地控制大量的量子比特。當前，量子比特的控制通常需要在極低溫條件下進行，以保持量子態(tài)的穩(wěn)定性。然而，現(xiàn)有的控制電路與量子比特集成時，存在熱量和電噪聲干擾量子態(tài)的問題，這限制了量子比特數(shù)量的擴展。

此次研發(fā)的芯片能夠在毫開爾文的超低溫下運行，這種溫度僅略高于絕對零度（-273.15℃），是物質接近完全靜止的極限狀態(tài)。該芯片基于自旋量子比特技術，將信息編碼在單個電子的磁方向上，具有良好的可擴展性，并且與現(xiàn)有的 CMOS 技術相兼容。

研究團隊通過精密的設計，成功避免了控制電路對量子態(tài)的干擾。實驗表明，這種新型芯片能夠實現(xiàn)對單比特和雙比特操作的高保真控制，幾乎不會對量子態(tài)的相干性產生影響，同時也解決了控制電路產生的熱量問題。芯片的功耗極低，總體控制功率僅約 10 微瓦，其中模擬部分每兆赫僅耗電 20 納瓦，這為支持百萬量級量子比特的擴展可能提供了。

這一成果驗證了科學界長期以來的一個設想，即在特定的低溫環(huán)境下，復雜的電子系統(tǒng)可以與量子比特集成，實現(xiàn)精確的控制。只要控制系統(tǒng)設計得當，即使量子比特與不到一毫米遠的晶體管芯片共存，其量子態(tài)也幾乎不會受到干擾。

這項研究不僅為構建實用的量子計算機提供了可行方案，還顯示出了在傳感系統(tǒng)和未來數(shù)據(jù)中心等多個領域的巨大潛力。通過在 CMOS 技術基礎上將自旋量子比特規(guī)模化至上百萬個，量子計算的實用化未來可期。

 
這一突破性的研究成果無疑為量子計算領域注入了新的活力，為科學家們進一步探索量子計算的奧秘提供了有力的工具。隨著技術的不斷進步，我們有理由相信，量子計算機的大規(guī)模實用化將不再遙遠。