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昨日，美国国家标准与技术研究所 （NIST）推出一种新型量子设备，通过控制开关，解决了两个关键问题，减少噪声的同时提高量子设备的可编程性，为构建大规模量子计算机提供了一条关键路径。相关研究以“Strong parametric dispersive shifts in a statically decoupled two-qubit cavity QED system”为题发表于《 Nature Physics》。 
再强大的计算机，如果我们无法读取其输出或轻松地对其进行重新编程以完成不同的任务，其能力也将被大大削弱，这些都是设计量子计算机时面临的挑战。昨日，由美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的科学家团队推出的一种新设备，可能会让这些挑战变得更容易应对。研究团队成员包括来自马萨诸塞州洛厄尔大学、科罗拉多大学博尔德分校和雷神 BBN 技术公司的科学家。该设备包含两个超导量子比特，即量子计算机中的基础组件，类似于经典计算机处理芯片中的逻辑比特。这种新策略的核心是一个切换开关设备，该设备将量子比特连接到一个能读取量子比特计算输出的电路，被称为“读出谐振器”。这个拨动开关可以切换到不同的状态，调整量子比特和读出谐振器之间的连接强度。当关闭时，所有元件都相互隔离。当开关打开，连接两个量子比特，它们可以交互并执行计算。计算完成后，切换开关可以连接任一量子比特和读出谐振器以检索结果。
图｜显示了设备的中央工作区域。在下半部分，三个大矩形（浅蓝色）代表左右两侧的两个量子比特，以及中心的谐振器。在上部放大部分中，驱动微波通过天线（底部的大深蓝色矩形）会在 SQUID 环（中心较小的白色正方形，其边长约 20 微米）中感应出磁场。磁场激活拨动开关，微波的频率和幅度决定了开关的位置以及量子位和谐振器之间的连接强度。（来源：R. Simmonds/NIST） 其中之一是量子电路会受到外部甚至内部噪声的干扰，这些噪声是由制造计算机的材料中的缺陷引起的。这种噪声本质上是随机行为，可能会在量子比特计算中产生错误。 当今的量子比特本身就有噪音，但这并不是唯一的问题。许多量子计算机设计都采用所谓的静态架构，其中处理器中的每个量子比特都与其邻居及其读出谐振器物理连接。将量子比特连接在一起并与其读出的装配布线可能会使它们暴露在更多的噪声中。这种静态架构还有另一个缺点：它们不能轻易地重新编程。静态架构的量子比特可以完成一些相关的工作，但为了让计算机执行更广泛的任务，它需要交换具有不同量子比特组织或布局的不同处理器设计。（想象一下，每次需要使用不同的软件时都需要更换笔记本电脑中的芯片，然后考虑到芯片需要保持在绝对零之上，您就会明白为什么这可能会带来不便。）首先，它可以防止电路噪声通过读出谐振器进入系统，防止量子比特在本应安静的情况下相互对话。这减少了量子计算机中的一个关键噪声源。其次，通过从远处发送的微波脉冲来控制元件间的开关，而非通过静态架构的物理连接，使得量子计算机更易于编程。可编程的拨动开关大大减少了噪声，一个在量子计算机电路中普遍存在，使量子比特难以进行计算并清楚显示结果的问题。NIST 物理学家、该论文的作者之一Ray Simmonds 表示：“我们的目标是让量子比特保持快乐，这样它们就可以不受干扰地进行计算，同时仍然能够在我们想要的时候读出它们。这种设备架构有助于保护量子比特，并有望提高我们进行用量子比特构建量子信息处理器所需的高保真测量的能力。”目前，该团队仅使用了两个量子比特和一个读出谐振器，但Simmonds表示，他们正在准备一个具有三个量子比特和一个读出谐振器的设计，并且他们还计划添加更多量子比特和谐振器。随着对如何将许多这些设备连接在一起的深入研究，未来将有可能构建出具有足够量子比特的强大量子计算机，以解决目前无法克服的各种问题。[1]https://www./news-events/news/2023/06/nist-toggle-switch-can-help-quantum-computers-cut-through-noise[2]https://www./articles/s41567-023-02107-2声明：此文出于传递更多信息。若有错误或侵权，请联系
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