它為量子運算擺脫專業實驗室的限制，進入更廣泛的科學界、工業和商業資料中心帶來了希望。
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幾十年來，量子運算的追求一直在與極低溫的需求作鬥爭，溫度僅高於絕對零度（0 開爾文或 –273.15°C）。 這是因為賦予量子電腦獨特運算能力的量子現像只能透過將它們與我們所居住的熟悉的經典世界的溫暖隔離來利用。
單一量子位元或“量子位元”相當於經典計算核心的二進位“零或一”位，需要大型冷凍設備才能運作。 然而，在我們期望量子電腦實現突破的許多領域——例如設計新材料或藥物——我們將需要大量的量子位，甚至整個量子電腦並行工作。
能夠管理錯誤和自我糾正的量子電腦對於可靠計算至關重要，預計其規模將非常龐大。 Google、IBM 和 PsiQuantum 等公司正在為未來整個倉庫充滿冷卻系統並消耗大量電力來運行一台量子電腦做準備。
但如果量子電腦能夠在稍高的溫度下運行，它們就會更容易操作，而且應用範圍也會更廣。 在新的研究中刊登在《自然》雜誌上，我們的團隊展示了某種量子位元（單個電子的自旋）可以在 1K 左右的溫度下運行，比之前的例子要熱得多。
冷酷無情的事實
冷卻系統在較低溫度下效率會降低。 更糟的是，我們今天用來控制量子位元的系統是相互纏繞的電線，讓人想起埃尼亞克以及 20 世紀 40 年代的其他大型電腦。 這些系統增加了熱量，並為量子位元協同工作造成了物理瓶頸。
我們試圖塞進的量子位元越多，問題就變得越困難。 在某種程度上，佈線問題變得難以克服。
之後，控制系統需要內建到與量子位元相同的晶片中。 然而，這些整合電子設備比混亂的電線消耗更多的電力，並且散發出更多的熱量。
溫暖的轉身
我們的新研究可能會提供一條前進的道路。 我們已經證明，一種特殊的量子位元——由在矽上印有金屬電極的量子點製成，使用的技術與現有微晶片生產中使用的技術非常相似——可以在1K 左右的溫度下運行。
這只比絕對零度高一度，所以還是非常冷。 然而，它比之前想像的要暖得多。 這項突破可以將龐大的冷凍基礎設施壓縮為更易於管理的單一系統。 它將大大降低營運成本和功耗。
這種技術進步的必要性不僅僅是學術上的。 在藥物設計等領域，風險很高，量子計算有望徹底改變我們理解分子結構以及與分子結構相互作用的方式。
這些產業的研發費用高達數十億美元，凸顯了更容易取得的量子運算技術可能帶來的成本節約和效率提升。
緩慢燃燒
「更熱門」的量子位元提供了新的可能性，但它們也將在糾錯和控制方面帶來新的挑戰。 較高的溫度很可能意味著測量誤差率的增加，這將為保持電腦的功能帶來進一步的困難。
量子計算機的發展仍處於早期階段。 量子電腦有一天可能會像今天的矽晶片一樣無所不在，但通往未來的道路將充滿技術障礙。
我們最近在更高溫度下運行量子位元方面的進展是簡化系統要求的關鍵一步。
它為量子運算擺脫專業實驗室的限制，進入更廣泛的科學界、工業和商業資料中心帶來了希望。
安德魯祖拉克，Scientia 教授 Andrew Dzurak，Diraq 執行長兼創辦人，新南威爾斯大學 悉尼和安德烈·路易斯·薩萊瓦·德奧利維拉, 固體物理學家,新南威爾斯大學 悉尼
