傳統計算機在計算和存儲信息的時候，使用的是“0”和“1”組成的“普通比特位”。但是量子計算機的“量子比特位”，卻能夠借助量子的物理現象，同時疊加“0”和“1”的任意組合狀態，以與眾不同的方式、更快更好地完成同樣的任務。這項嶄新的技術，有望在氣候和藥物研究扥該領域引發一場革命。當前世界各地已對多種架構進行測試，并且爭相推出首個集成了數以百萬計“量子比特”的量子計算機處理器。

運行中的 UNSW 純硅量子計算機芯片

其中包括硅自旋量子比特、離子阱、超導循環、鉆石空缺、以及拓補量子比特。遺憾的是，在上述所有架構中，量子位都相當脆弱、很容易產生計算錯誤。

即便是只包含了少數幾個量子位的量子處理器，通常也大到難以規模化生產。好消息是，來自澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）的研究人員們，已經開發出了同時解決這兩個痛點的新型芯片設計。

UNSW 的研究人員們傾向于采用硅自旋量子計算方法，因為這樣就能夠復用現有的硅基微處理器技術。

據近日發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上的一篇論文所述，這是一款基于“互補型金屬氧化物半導體”（CMOS）工藝設計的新型計算芯片。

這顆硅量子處理器由一個巨大的二維量子比特陣列構成，采用傳統的硅晶體管來控制量子位的自旋，以及用兩個量子比特來處理邏輯交互。

論文一作、Menno Veldhorst 博士表示：

通過選擇量子比特位上的一個電極，我們可以控制一個量子比特的自旋，其存儲著‘0’或‘1’的量子二進制編碼。而在量子位之間選擇電極，就可以在兩個量子比特上執行邏輯交互或者運算。

World's first complete design of a silicon quantum computer

研究團隊稱，量子計算所需的所有關鍵部件，都可以在單個芯片中實現。此外，該芯片的體系結構中包含了依賴于存儲單一數據的多個量子位的錯誤校正代碼，這是專門為自旋量子比特而設計的。

為了做好生產的準備，UNSW 團隊預計還需要對芯片設計進行一些必要的修改。另一方面，他們對實現當前里程碑的速度感到自豪，因為他們 2 年前才創建了一個雙量子位邏輯門，并演示了如何在硅芯片上進行量子計算。