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英媒:科学家研制出纳米冰箱 可让量子计算机“冷静”


来源:参考消息网

核心提示:研究人员研制出一款纳米级微型冰箱,以便让量子比特保持运行所需的温度,同样与经典计算机不同的是,量子比特必须从低温基态开始进行运算。

原标题:英媒:科学家研制出纳米冰箱 可让量子计算机“冷静”

核心提示:研究人员研制出一款纳米级微型冰箱,以便让量子比特保持运行所需的温度,同样与经典计算机不同的是,量子比特必须从低温基态开始进行运算。

参考消息网5月12日报道 英媒称,就连量子计算机也需要保持冷静。现在,研究人员研制出一款纳米级微型冰箱,以便让量子比特保持运行所需的温度。

据英国《新科学家》周刊网站5月8日报道,经典计算机需要内置风扇以及采用其他办法来散热,量子计算机也不例外。量子计算机不像经典计算机那样依赖非“0”即“1”的比特信息,它依赖的是“量子比特”。由于量子力学的怪异特性,量子比特可以同时以“0”和“1”两种状态存在,这被称为“叠加态”。这些量子比特必须与所有外部噪音隔绝开来,因为最轻微的干扰也会破坏叠加态,从而导致运算错误。隔绝良好的量子比特极易升温,因此让它们保持低温是一项挑战。

同样与经典计算机不同的是,量子比特必须从低温基态开始进行运算。量子比特会在运算过程中升温,因此如果你希望依次进行若干项运算,任何冷却机制都必须快速起效。标准风扇根本没法做到这一点。

现在,芬兰阿尔托大学的米科·默特宁及其同事研制出第一部用于量子电路的独立冷却装置。它最终可以被整合进许多种量子电子设备,包括量子计算机。

这支团队构建了一个有能隙的电路,这个能隙把两条通道隔开:它们分别是超导“快车道”,电子以零电阻在其间飞驰,以及一条有电阻的“慢车道”。只有能量充足到足以跨越能隙的电子可以进入超导“快车道”,而其余电子将困在“慢车道”中。

如果某个可怜电子的能量不足以完成飞越,那么它可以从邻近的一个共振器捕获一个光子,以增加能量。这样一来,共振器的温度会逐渐降低。

随着时间的推移,这也会对电子产生一种选择性的冷却效果:温度更高的电子会越过能隙,温度较低的电子则被落下。这个过程会把热量从系统中带走,这很像是冰箱的工作原理。

加州理工学院的斯皮罗斯·米哈拉基斯把这与著名的“麦克斯韦妖”思想实验进行了一番不太严谨的类比。这个思想实验假设一个小妖怪操控着一个充满气体分子、分为两个室的盒子,室之间的隔墙上有个小门。这个小妖怪只允许温度最高或是能量最充足的原子通过小门,最终导致两个室之间存在巨大的温度差异。

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