5月6日，美國麻省理工學院團隊在《自然·通訊》雜志上展示了一種全新超導電路設計，該設計可讓量子處理器速度提高10倍。這是目前量子系統(tǒng)中實現(xiàn)的最強非線性光物質耦合，有助于未來量子計算機運行更快、更穩(wěn)定，并推動其實用化進程。
量子計算機的潛力在于其模擬復雜分子結構或加速人工智能訓練的能力，但實現(xiàn)這些應用的前提是量子處理器能以超高速完成計算并精準讀取結果。傳統(tǒng)量子系統(tǒng)的讀取效率受限于光子與人工原子(存儲量子信息的載體)之間的耦合強度。
而MIT團隊此次設計的超導電路將這一關鍵參數(shù)提升了10倍。這一突破意味著量子態(tài)的測量時間可縮短至幾納秒級別，同時顯著降低誤差率，使量子比特在有限壽命內完成更多計算與糾錯循環(huán)。
研究的核心創(chuàng)新在于一種名為“四分量耦合器”的新型量子耦合器。該設備通過電流注入增強量子比特與光信號的相互作用，創(chuàng)造出極強的非線性耦合效應。團隊成員形象地比喻其作用：“就像為量子世界配備了一位高效翻譯官，讓光與物質之間的對話更加流暢。”
實驗中，研究人員將耦合器連接至芯片上的兩個超導量子比特：一個被改造為諧振器(作為量子態(tài)讀取器)，另一個作為人工原子存儲量子信息。當微波光照射系統(tǒng)時，諧振器頻率隨量子比特狀態(tài)(“0”或“1”)變化，通過監(jiān)測這一變化即可實現(xiàn)快速讀取。測試結果顯示，新設計的非線性耦合強度較此前技術高出一個數(shù)量級，讀取速度與準確性均實現(xiàn)質的飛躍。
從長遠來看，這項技術為構建容錯量子計算機奠定了重要基礎。當前量子比特易受環(huán)境干擾導致信息丟失，而更強的耦合與更快的讀取能力將大幅提升系統(tǒng)的糾錯效率，推動量子計算向大規(guī)模、實用化方向發(fā)展。MIT團隊自2019年起便專注于研發(fā)專用光子探測器以增強量子信息處理能力，此次成果被視為該領域的重大里程碑。
MIT研究團隊的突破不僅標志著量子硬件技術的關鍵跨越，更預示著人類距離解鎖量子計算全部潛力的目標又近了一步。
(資料參考來源：科技日報)
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