构建一个小型电路，以进一步检查和探索的可能性。图片来源:东京理工大学

量子计算机的基本单元可以在2D中重新排列，以解决典型的设计和操作挑战。

量子计算正日益成为物理学和化学等领域的科学家以及制药、飞机和汽车行业的实业家们的焦点。在全球范围内，谷歌和IBM等公司的研究实验室正在投入大量资源改进量子计算机，这是有充分理由的。量子计算机利用量子力学的基本原理来处理比传统计算机快得多的大量信息。预计当量子计算实现纠错容错时，科学技术的进步将以前所未有的规模发生。

但是，建造用于大规模计算的量子计算机在其架构方面是一个挑战。量子计算机的基本单位是“量子比特”或“量子比特”。这些通常是原子、离子、光子、亚原子粒子(如电子)，甚至更大的元素，它们同时以多种状态存在，这使得对大量数据快速获得几种潜在结果成为可能。量子计算机的理论要求是，这些量子计算机被安排在二维(2D)阵列中，其中每个量子比特都与其最近的邻居耦合，并连接到必要的外部控制线和设备。当阵列中量子位的数量增加时，很难从边缘到达阵列内部的量子位。为了解决这个问题，迄今为止已经产生了跨越多个平面的复杂的三维(3D)布线系统，其中许多导线相交，使它们的建设成为一个重大的工程挑战。

一组来自日本东京科学大学、日本理化学研究所突发物质科学中心和悉尼科技大学的科学家，由Tsai jaws - shen教授领导，通过修改量子比特阵列的架构，提出了一种解决量子比特可访问性问题的独特解决方案。“在这里，我们解决了这个问题，并提出了一种改进的超导微架构，不需要任何3D外部线技术，并恢复到完全平面设计，”他们说。这项研究发表在《新物理学杂志》上。

科学家们从一个量子比特正方形晶格阵列开始，并在二维平面上拉伸每一列。然后，他们将每一列连续折叠起来，形成一个一维双数组，称为“双线性”数组。这就把所有的量子位放在边缘上，简化了所需布线系统的排列。这个系统也是完全2D的。在这种新架构中，一些量子比特之间的连线(每个量子比特也与阵列中所有相邻的量子比特相连)确实会重叠，但因为这是连线中唯一的重叠部分，简单的局部3D系统，比如在重叠点的空气桥，就足够了，整个系统仍然是2D的。可以想象，这大大简化了它的构造。

科学家们通过数值和实验评估来评估这种新安排的可行性，他们测试了信号在通过空气桥之前和之后保留了多少。两项评估的结果表明，使用现有技术，无需任何3D安排，就可以构建和运行该系统。

科学家们的实验还表明，他们的架构解决了困扰3D结构的几个问题:它们很难构建，在两根导线之间传输的波会有串扰或信号干扰，量子位的脆弱量子态会退化。这种新型的伪二维设计减少了导线相互交叉的次数，从而减少了串扰，从而提高了系统的效率。

当世界各地的大型实验室都在试图寻找建造大规模容错量子计算机的方法时，这项令人兴奋的新研究的发现表明，这种计算机可以使用现有的2D集成电路技术来建造。蔡崇信表示:“量子计算机是一种信息设备，其能力预计将远远超过现代计算机。”这方面的研究才刚刚从这项研究开始，蔡教授最后说:“我们正计划建造一个小型电路，以进一步研究和探索这种可能性。”

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