當地時間1月27日，微軟和悉尼大學研究團隊發佈了一款低溫量子控制平臺，可以控制數千個量子比特，微軟稱之為“相對於之前技術的一次飛躍”。
相關論文已於1月25日發表在學術期刊《自然-電子學》（Nature Electronics），題為“A cryogenic CMOS chip for generating control signals for multiple qubits”。
量子計算可能會應用於化學、密碼學等眾多領域。但在擁有潛在計算能力的同時，量子比特也有著致命弱點——極不穩定。量子態很容易受到環境的幹擾，量子設備必須被安置在極端環境中，接近絕對零度的低溫、與電噪聲等外界幹擾隔離。
因此，如果要同時控制數千個量子比特，光是把信息傳輸到單個量子比特上就是個大挑戰，需要一條“信息高速公路”進入量子比特們所處的“冰箱”。
此前，類似的系統往往像“鳥巢”那樣纏繞著大量的電線，只能適用於中等規模的量子計算機。
如果把量子控制平臺也放進“冰箱”裡呢？
微軟和悉尼大學研究團隊開發的低溫量子控制平臺使用專用CMOS電路接受數字輸入並生成許多並行的量子比特控制信號。為低溫量子控制平臺中的芯片名為“醋慄”（Gooseberry，也稱Cryo CMOS），它能夠在100毫開爾文（mK）的低溫下運行，也就是標準商用製冷機的額定溫度下，而且能耗足夠低，從而解決量子計算機中的一些輸入輸出難題。
研究團隊還開發了一種通用的低溫計算核心（cryo-compute core），能夠進行通用計算。核心的工作溫度約為2開爾文，比醋慄運行時的溫度高20倍，可以通過浸入液氦實現。
在研究團隊展示的量子堆棧圖中，醋慄芯片所在的位置非常靠近量子比特，低溫計算核心則位於經典計算層（Classical Compute）的底部，兩者相互配合實現通信。
在他們的設計中，醋慄芯片的擺放位置格外重要，這主要與溫度相關。當芯片和量子比特之間的導線很長時，製冷機內會產生大量熱量。把芯片放在量子比特附近可以避免這個問題；但假如距離太近，芯片產生的熱量有可能使量子比特升溫。
與其他控制平臺相比，醋慄芯片的獨特之處在於，它和量子比特相鄰且處於相同的溫度下，能夠將低溫計算核心的經典指令轉換為電壓信號，再傳遞到量子比特。
研究團隊採用的方法是，將醋慄芯片放入量子比特所在的製冷機，但與量子比特隔離；這樣一來，芯片產生的熱量會進入混合室（Mix chamber），遠離量子比特。
這種設計可以解決一系列溫度問題，但新問題隨之產生：芯片需要與量子比特在相同的溫度下運行，也就是100毫開爾文。在這個溫度下操作標準的大塊CMOS芯片是一個挑戰。因此，研究團隊在芯片設計中使用了絕緣體上硅技術，優化系統在低溫下的表現。
研究團隊稱，這醋慄芯片和低溫計算核心都是大規模量子計算機的關鍵進展，也是多年工作的結果。他們表示，除了量子計算機的基本構造之外，還有許多相關的概念有待開發。
“在實現有意義的量子計算機之前，還需要更多次飛躍。”
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