微软量子计算机新进展：规模化量子计算的关键组件

▲论文的主要作者，博士候选人Alice Mahoney在悉尼科学中心的量子科学实验室。图片来源：悉尼大学

日前，悉尼大学、微软团队与美国斯坦福大学合作，已缩小了对大规模量子计算至关重要的一个组件。该研究是物质探索进入新阶段（即首次发现于2006年的拓扑绝缘体）的第一个实际应用。研究成果发表在近日的《自然·通讯》杂志上。

拓扑绝缘体超越了物质的常见阶段——固体、液体或气体，其大部分结构是绝缘体材料，但表面是导体。拓扑绝缘体材料可以构建量子和经典系统之间相互作用所需的电路，这对于建立一个实用型量子计算机很重要。

悉尼团队创造了一个微波循环器，运行起来就像一个交通环岛，确保电子信号只在一个方向上（顺时针或逆时针）传播。移动电话基站和雷达系统中也有类似的设备，并且量子计算的建立也需要大量该设备。到目前为止，一个主要的缺陷是：典型循环器是如手掌大小的笨重物体。

据《自然·通讯》杂志报道，悉尼团队将普通循环器设备体积缩小到了原来的千分之一。这是通过利用拓扑绝缘体的性质降低光在材料中的传播速度来实现的。这一缩小使人们可以将建立量子计算机需要的许多循环器集成在芯片上并能实现批量生产。

该论文的主要作者Alice Mahoney说：“不管使用的量子系统如何特别，这种紧凑型循环器可以在各种量子硬件平台上应用。”

悉尼团队的领导者David Reilly教授说：“量子计算机的基本构建模块不仅仅是量子位。建立大规模量子计算还需要一场经典计算和设备工程的革命。”他认为，这项研究也会给电子和纳米科学等相关领域带来突破。

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