這樣的量子計(jì)算機(jī) 是否讓你大跌眼鏡？

凱米

在耶魯大學(xué)附近的一家初創(chuàng)公司里，有一間潔凈卻擁擠不堪的實(shí)驗(yàn)室。天花板下纏繞著錯(cuò)綜復(fù)雜的管線，地板上堆放著電子設(shè)備和制冷泵。這一堆看似雜亂無章的設(shè)備其實(shí)是一臺計(jì)算機(jī)，它與世界上的任何一臺計(jì)算機(jī)都不同，它是一臺量子計(jì)算機(jī)。

耶魯大學(xué)的羅伯特·舍爾科普夫和米歇爾·德沃雷特設(shè)計(jì)了這臺機(jī)器，目的是實(shí)現(xiàn)科學(xué)家長期以來的夢想——量子計(jì)算。這樣的計(jì)算基于量子力學(xué)中的一個(gè)疊加概念，即粒子可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)，就像一枚快速旋轉(zhuǎn)的硬幣，它既是正面又是背面。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片，無論是在你手機(jī)上的還是超級計(jì)算機(jī)所配備的，都擁有以二進(jìn)制代碼處理信息的晶體管：一切都是“0”或“1”。量子計(jì)算機(jī)使用量子比特，它既可以是“0”，也可以是“1”。這樣的機(jī)器可以更快地解決問題。

但是，量子比特是脆弱的，任何干擾都可能導(dǎo)致計(jì)算混亂。羅伯特·舍爾科普夫和米歇爾·德沃雷特率先提出了一種穩(wěn)定它們的方法：通過在超導(dǎo)體（一定溫度下電阻為零的材料）中構(gòu)建量子比特。這樣，他們創(chuàng)造了量子程序不受干擾的空間。從他們的實(shí)驗(yàn)室里可以看到，這需要巨型冷卻箱來幫助小器件處理大問題。

量子計(jì)算機(jī)的冷卻箱

為了創(chuàng)造比周圍環(huán)境更冷的空間，壓縮泵將氦制冷劑驅(qū)入銅管。氦氣在循環(huán)過程中，它會(huì)被壓縮，液化，從而制造低溫。需要一天的時(shí)間，冷卻箱內(nèi)的溫度才能達(dá)到近乎絕對零度的工作溫度。

量子比特模塊

有請量子計(jì)算機(jī)的核心——量子比特模塊登場！這個(gè)2.5厘米長的薄晶片以藍(lán)寶石為襯底，上面覆蓋一層100納米厚的鋁膜。在極低的溫度下，微波光子來到“Y型”的交叉口處，被設(shè)置為“疊加態(tài)”，“Y型”下邊的波浪形線路則用于傳輸量子比特的結(jié)果。

連接器模塊

要解決復(fù)雜的問題需要多個(gè)量子比特，用圖中的連接器可以將多個(gè)量子比特模塊連接起來。耶魯大學(xué)的科學(xué)家為了特定的目的設(shè)計(jì)這些連接器模塊：一些用來處理過程數(shù)據(jù)，一些用來讀取數(shù)據(jù)，另一些則用來放大信號。對于制作量子計(jì)算機(jī)而言，這種擴(kuò)展模塊與產(chǎn)生量子比特同等重要。

各種工具

這些工具是研究生和博士后們的標(biāo)配。他們需要用這些工具不停地更改量子計(jì)算機(jī)的配置，已完成特定的實(shí)驗(yàn)。

噓！保持安靜！（左上圖）

量子計(jì)算機(jī)位于冷卻箱里，這里非常安靜。任何干擾都會(huì)引發(fā)計(jì)算錯(cuò)誤，所以科學(xué)家必須保護(hù)好量子比特。一個(gè)叫做循環(huán)器的單向閥（圖片中部的四個(gè)矩形盒子）可以濾除干擾，比如周圍的噪聲。

地面控制模塊（右上圖）

并非所有的工作都在冷卻器中完成。網(wǎng)絡(luò)分析儀（圖中最前邊的這個(gè)矩形盒子）確保傳輸信號所需的微波線路工作正常。位于它后面的高大的灰色櫥柜用于控制制冷泵和閥門。

高個(gè)子冷卻箱

這套舊設(shè)備已經(jīng)很少被使用了。這臺2.7米高的冷卻箱是實(shí)驗(yàn)室中的“元老級設(shè)備”之一，已經(jīng)有15年的歷史了。年輕的研究人員很少用它來做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗指哂知M窄，布置線路很困難，冷卻起來也很麻煩。不過，如果實(shí)驗(yàn)任務(wù)繁重、新設(shè)備沒空的時(shí)候，學(xué)生們也會(huì)偶爾用用它。