一個微型冷卻裝置可以自動重置量子計算機的故障組件。這一成果表明，操縱熱量也可以實現其他自主量子器件。相關論文近日發表于《自然-物理學》。
量子計算機芯片可以利用熱量消除錯誤。圖片來源：Lovisa H?kansson
量子計算機還沒有完全實用，因為它們會犯太多的錯誤。事實上，如果這類計算機的關鍵組件——量子比特意外升溫且變得能量過大，它們可能會在計算開始之前就處于錯誤狀態。將量子比特重置到正確狀態的一種方法是冷卻它們。
瑞典查爾姆斯理工大學的Simone Gasparinetti和同事首次將這項任務“委托”給了一臺自主量子“冰箱”。
研究人員從微型超導電路中構建了兩個量子比特和一個“量子比特”，后者可以存儲比量子比特更復雜的信息。該“量子比特”和其中一個量子比特形成了第二個目標量子比特的制冷機，最終可用于計算。
研究人員精心設計了這3個組成部分之間的相互作用，以確保當目標量子比特的能量過大導致錯誤時，熱量會自動流出，隨后流入另外兩個組成部分。這降低了目標量比特的溫度并將其重置。因為這個過程是自主的，量子比特-量子比特制冷機可以在沒有任何外部控制的情況下糾正錯誤。
查爾姆斯理工大學的Aamir Ali表示，這種重置量子比特的方法比傳統方法所需的新硬件更少，并且產生了更好的效果。“在沒有對量子計算機進行重大重新設計或引入新導線的情況下，用了這種方法，將量子比特重置到正確狀態的概率為99.97%。相比之下，其他重置方法通常只能達到99.8%。”他說。
“這是一個強有力的例子，說明處理熱量、能量和溫度的熱力學機器是如何在量子領域發揮作用的。”美國國家標準與技術研究所的Nicole Yunger Halpern說。
像熱機這樣的傳統熱力學機器引發了一場全面的工業革命，但到目前為止，量子熱力學還不是很實用。“這個有用的自主量子制冷機正是人們第一個成功的例子。”Yunger Halpern說。
“我很高興看到這臺裝置的實現和使用。事實上，它是自主的，不需要任何外部控制，能夠使其更高效且通用。”瑞士日內瓦大學的Nicolas Brunner說。
波蘭格但斯克大學的Micha? Horodeck說，利用超導電路構建量子計算機面臨的最緊迫挑戰之一是確保它不會過熱并隨后出錯。他認為，這項新實驗為許多已經提出但從未經過測試的類似項目開辟了一條道路，比如使用量子比特構建自主量子引擎。
研究人員已經在研究能否在這項實驗的基礎上更進一步。例如，他們可能會建造一個自主量子鐘，或者設計一臺具有由溫差自動驅動的其他功能的量子計算機。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-024-02708-5
本文鏈接：量子“冰箱”自動糾錯http://www.lensthegame.com/show-11-16215-0.html
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