高效的量子計算有望實現(xiàn)經(jīng)典計算機不可能實現(xiàn)的飛躍，來自日本和悉尼科學(xué)家合作并提出了一種新的二維設(shè)計，可以利用現(xiàn)有的集成電路技術(shù)來構(gòu)建。這種設(shè)計解決了目前放大量子計算機三維封裝面臨的典型問題，使未來更近了一步。量子計算正日益成為物理、化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家和制藥、飛機、汽車等行業(yè)實業(yè)家關(guān)注的焦點。在全球范圍內(nèi)，谷歌和IBM等公司的研究實驗室正在花費大量資源來改進量子計算機，這是有充分理由的。

量子計算機使用量子力學(xué)的基本原理，處理比經(jīng)典計算機快得多的信息量。預(yù)計當(dāng)糾錯和容錯量子計算實現(xiàn)時，科技進步將以前所未有的規(guī)模發(fā)生。但事實證明，就其架構(gòu)而言，建造用于大規(guī)模計算的量子計算機是一個挑戰(zhàn)。量子計算機的基本單位是“量子比特”，這些通常是原子、離子、光子、亞原子粒子(如電子)，甚至是同時以多個狀態(tài)存在的更大元素，這使得快速獲得大量數(shù)據(jù)的幾個潛在結(jié)果成為可能。

對量子計算機的理論要求是，這些量子計算機排列成二維(2-D)陣列，其中每個量子比特都與其最近的鄰居耦合，并連接到必要的外部控制線和設(shè)備。當(dāng)陣列中的量子比特數(shù)增加時，很難從邊緣到達陣列內(nèi)部的量子比特。到目前為止，解決這個問題的需要，已經(jīng)導(dǎo)致了跨越多個平面復(fù)雜的三維(3-D)布線系統(tǒng)，其中許多導(dǎo)線相交，這使得它們的建設(shè)成為一個重大工程挑戰(zhàn)。來自日本東京科學(xué)大學(xué)、日本理研應(yīng)急物質(zhì)科學(xué)中心和悉尼科技大學(xué)的一組科學(xué)家：

在蔡昭申教授的帶領(lǐng)下，通過修改量子比特陣列的結(jié)構(gòu)，提出了一個獨特的解決方案，來解決這個量子比特可及性問題：研究解決了這個問題，并提出了一種改進的超導(dǎo)微體系結(jié)構(gòu)，它不需要任何3D外線技術(shù)，并且恢復(fù)到完全平面的設(shè)計，其研究成果現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在《新物理》期刊上?？茖W(xué)家們從量子比特正方形格子陣列開始，在2-D平面上展開每一列。然后，將每一列連續(xù)的列疊加在一起，形成一個雙一維陣列，稱為雙線性陣列。

這就把所有的量子比特都放在了邊緣，簡化了所需布線系統(tǒng)的安排。系統(tǒng)是二維的，在這個新的體系結(jié)構(gòu)中，一些量子比特之間的布線(每個量子比特也連接到陣列中所有相鄰的量子比特)確實重疊，但因為這些是布線中唯一的重疊，簡單的局部三維系統(tǒng)，如重疊點的氣橋就足夠了，系統(tǒng)總體上仍然是三維的。正如你可以想象的那樣，這大大簡化了結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們通過數(shù)值和實驗評估來評估這種新結(jié)構(gòu)的可行性。

在這些評估中，測試了信號在重疊點氣橋之前和之后保留了多少。這兩項評估的結(jié)果都表明，可以使用現(xiàn)有技術(shù)建造和運行該系統(tǒng)，而不需要任何三維架構(gòu)布線。實驗還表明，架構(gòu)解決了困擾三維結(jié)構(gòu)的幾個問題：它們很難建造，通過兩根電線傳輸?shù)牟ㄖg存在串?dāng)_或信號干擾，以及量子比特的脆弱量子態(tài)可能會退化。新穎的偽二維設(shè)計減少了導(dǎo)線相互交叉的次數(shù)，從而減少了串?dāng)_，從而提高了系統(tǒng)的效率。

在世界各地大型實驗室都在試圖尋找建造大規(guī)模容錯量子計算機的方法之際，這項令人興奮的新研究結(jié)果表明：可以使用現(xiàn)有的二維集成電路技術(shù)來建造這樣的計算機，量子計算機是一種信息設(shè)備，預(yù)計將遠遠超過現(xiàn)代經(jīng)典計算機的能力，這方面的研究才從這項研究開始，研究人員正計劃建造一個小型電路，以進一步檢視和探索這種可能性。