目前，绝大多数量子计算机必须在绝对零度(-273.15℃)以上的几分之一度内（-273.05℃）才能工作，这就需要数百万美元的制冷设备——稀释制冷机。但是，一旦插入经典电子电路，它也会立即过热，从而影响量子计算的准确性。

但是现在，这个问题可能已经有了解决方案。

今天，《自然》杂志报道，澳大利亚与荷兰的两个团队已经开发出了可以在1开尔文以上的温度下工作的量子设备，这是量子计算机走向商用的一个重要里程碑。

澳大利亚新南威尔士大学Andrew Dzurak团队与荷兰代尔夫特理工大学Qutech团队分别开发了一种基于硅量子点技术的量子计算设备，该设备可以在1开尔文以上的温度下工作。

两个团队的成果在今天同一期《自然》杂志上“背对背”发表。

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削减制冷成本、扩展量子比特规模

1.5开尔文

“人们熟知的日常温度概念很难感受 0.1 到 1.5 开尔文的提升，但在量子世界中，这意味我们正在走出极端。

1.5 开尔文仍然是一个很低的温度，但仅用几千美元的制冷设备就可以达到这个温度，而不需要花费数百万美元将温度降到 0.1 开尔文”，澳大利亚新南威尔士大学Dzurak 说。

Dzurak 教授团队开发的处理器单元由两个量子位组成，它们被置于嵌入硅中的一对量子点中（ a pair of quantum dots）。研究结果显示，如果扩大处理单元规模，现有的硅芯片工厂就能完成。

1.1开尔文

荷兰Qutech团队Veldhorst的小组在1.1开尔文下利用两个量子比特构建了逻辑门，并在此逻辑门上实现了更复杂的计算。

现在我们知道了量子比特本身可以在更高的温度下工作，下一步就是将电子器件集成到同一芯片上。Veldhorst说：“我希望在有了该电路之后，将其扩展到实际应用中不会太难。那些量子电路在许多方面都将与我们用于传统计算机的电路相似，因此与其他类型的量子计算机相比，它们可以相对轻松地进行规模扩展。"

他们是如何实现的？

硅中自旋的电子产生的量子比特（来源：UNSW）

新南威尔士大学验证实验的主导人 Henry Yang 博士表示，升温实现的关键在于改进了读取自旋的环节。

“一般来说，我们通过与自旋有关的隧穿来读取电子的自旋，这依赖于大型的 electron reservoir 。但是在更高的温度下，储层的能量会变得模糊并且失去自旋依赖性。在这项工作中，我们通过隧穿两个量子点之间的电子来读取自旋信息，而不是储层，而该过程对热量具有很大的弹性”，

Henry 进一步解释道：“首先，这意味着我们现在可以使用更简单，更便宜的冷却系统：一个泵加上装有液氦（4He）的真空瓶系统就能降温到 1.5 开尔文。

另一方面，用稀释制冷机降温到 0.1 卡尔文，必须仔细设计氦气的两种不同同位素（3He 和 4He）之间的接触面和液比，并且需要多级温控和多个泵。3He 也是非常稀有昂贵的氦同位素”。

而团队的下一步目标，将是把该技术从大学的研发实验室环境转至面向全方位的 CMOS 硅芯片制造，挑战把数百万个硅量子比特集成在一个芯片上。

Henry Yang 和 Andrew Dzurak 教授（来源：Paul Henderson-Kelly）

中国科学技术大学教授、本源量子首席科学家郭国平认为：“提高目前量子计算的工作温度，同时兼容现有半导体工艺，是实用化量子计算研发的大趋势”

这项工作对于中国量子计算的发展来说是一个好消息。2019 年 12 月，美国商务部的一份内部文件提出，未来将限制向中国等美国在量子计算上的竞争对手出口稀释制冷机。而在更高温度下实现量子计算，显然能帮助中国突破这一阻碍。