文|陈根

在经典计算的发展路径下，传统硅基芯片作为最重要的硬件产品，面临着晶体管直径接近物理极限的问题。基于此，量子计算的发展一直被寄予厚望。

但是，目前的量子技术存在量子比特数少、有效量子操作深度浅等问题。在“与镣铐共舞”的情况下，如何最大限度地利用量子资源，设计出一种可编程且实用的搭载量子算法的量子器件，一直是该领域期待已久的事情。

最近，新南威尔士大学 (UNSW) 的研究人员通过在芯片中添加一组晶体棱镜启用量子计算 同时控制数百万个量子位，大大提高其处理性能。

在硅量子处理器中，信息被编码成电子的上下自旋分别代表“0”和“1”。相关操作是通过调整与量子比特一起运行的导线产生的磁场来实现的。到目前为止，概念验证中使用的量子计算芯片已经演示了如何控制数十个量子位。

但要实现真正强大的计算，至少需要数十万甚至数百万个量子比特。然而，困境在于电源线会占用芯片中宝贵的空间并产生过多的热量。 因此，新南威尔士大学团队添加了水晶棱镜，使其能够将电磁场传输到大量量子比特。

晶体棱镜被称为“介质谐振器”，位于硅芯片的正上方。它可以将微波引导和聚焦到小于 1 毫米的波长，从而产生可用于控制较低量子位的自控量子位。旋转磁场。 因此不需要投入大量的电能为量子位提供强大的驱动磁场，发热量也不会太大。

另外，整个芯片的磁场非常均匀，无论大小相同的方案都可以还可用于实现对达到数百万级的量子位的控制。

在当前的实验中，研究人员已经能够利用这种磁场来翻转单个量子位的状态。但是，要同时产生两种状态的叠加，还需要进一步研究。未来，该方案有望实现一次控制400万个量子比特。

目前，相关研究成果“单电子自旋共振在使用全局场的纳米电子器件中”发表在Science Advances上。