这样的量子计算机是否让你大跌眼镜?

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  这样的量子计算机是否让你大跌眼镜?

  在耶鲁大学附近的一家初创公司里,有一间洁净却拥挤不堪的实验室。天花板下缠绕着错综复杂的管线,地板上堆放着电子设备和制冷泵。这一堆看似杂乱无章的设备其实是一台计算机,它与世界上的任何一台计算机都不同,它是一台量子计算机。

这样的量子计算机是否让你大跌眼镜?

  耶鲁大学的罗伯特·舍尔科普夫和米歇尔·德沃雷特设计了这台机器,目的是实现科学家长期以来的梦想——量子计算。这样的计算基于量子力学中的一个叠加概念,即粒子可以同时处于两种状态,就像一枚快速旋转的硬币,它既是正面又是背面。传统的计算机芯片,无论是在你手机上的还是超级计算机所配备的,都拥有以二进制代码处理信息的晶体管:一切都是“0”或“1”。量子计算机使用量子比特,它既可以是“0”,也可以是“1”。这样的机器可以更快地解决问题。

  但是,量子比特是脆弱的,任何干扰都可能导致计算混乱。罗伯特·舍尔科普夫和米歇尔·德沃雷特率先提出了一种稳定它们的方法:通过在超导体(一定温度下电阻为零的材料)中构建量子比特。这样,他们创造了量子程序不受干扰的空间。从他们的实验室里可以看到,这需要巨型冷却箱来帮助小器件处理大问题。

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  量子计算机的“大脑部位”

  量子比特的实现依赖于许多组件。实验室墙壁架子上的微波发生器会产生电磁脉冲——光子,通过迷宫般的同轴电缆传播,并将量子比特——光子送入到运算行列中。

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  量子计算机的冷却箱

  为了创造比周围环境更冷的空间,压缩泵将氦制冷剂驱入铜管。氦气在循环过程中,它会被压缩,液化,从而制造低温。需要一天的时间,冷却箱内的温度才能达到近乎绝对零度的工作温度。

  量子比特模块

  有请量子计算机的核心——量子比特模块登场!这个2.5厘米长的薄晶片以蓝宝石为衬底,上面覆盖一层100纳米厚的铝膜。在极低的温度下,微波光子来到“Y型”的交叉口处,被设置为“叠加态”,“Y型”下边的波浪形线路则用于传输量子比特的结果。

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  连接器模块

  要解决复杂的问题需要多个量子比特,用图中的连接器可以将多个量子比特模块连接起来。耶鲁大学的科学家为了特定的目的设计这些连接器模块:一些用来处理过程数据,一些用来读取数据,另一些则用来放大信号。对于制作量子计算机而言,这种扩展模块与产生量子比特同等重要。

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  嘘!保持安静!

  量子计算机位于冷却箱里,这里非常安静。任何干扰都会引发计算错误,所以科学家必须保护好量子比特。一个叫做循环器的单向阀(图片中部的四个矩形盒子)可以滤除干扰,比如周围的噪声。

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  地面控制模块

  并非所有的工作都在冷却器中完成。网络分析仪(图中最前边的这个矩形盒子)确保传输信号所需的微波线路工作正常。位于它后面的高大的灰色橱柜用于控制制冷泵和阀门。

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  各种工具

  这些工具是研究生和博士后们的标配。他们需要用这些工具不停地更改量子计算机的配置,已完成特定的实验。

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  高个子冷却箱

  这套旧设备已经很少被使用了。这台2.7米高的冷却箱是实验室中的“元老级设备”之一,已经有15年的历史了。年轻的研究人员很少用它来做实验,因为它又高又狭窄,布置线路很困难,冷却起来也很麻烦。不过,如果实验任务繁重、新设备没空的时候,学生们也会偶尔用用它。

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