這樣的量子計算機是否讓你大跌眼鏡？

這樣的量子計算機是否讓你大跌眼鏡？

在耶魯大學附近的一家初創公司里，有一間潔凈卻擁擠不堪的實驗室。天花板下纏繞著錯綜複雜的管線，地板上堆放著電子設備和製冷泵。這一堆看似雜亂無章的設備其實是一台計算機，它與世界上的任何一台計算機都不同，它是一台量子計算機。

耶魯大學的羅伯特·舍爾科普夫和米歇爾·德沃雷特設計了這台機器，目的是實現科學家長期以來的夢想——量子計算。這樣的計算基於量子力學中的一個疊加概念，即粒子可以同時處於兩種狀態，就像一枚快速旋轉的硬幣，它既是正面又是背面。傳統的計算機晶元，無論是在你手機上的還是超級計算機所配備的，都擁有以二進位代碼處理信息的晶體管：一切都是「0」或「1」。量子計算機使用量子比特，它既可以是「0」，也可以是「1」。這樣的機器可以更快地解決問題。

但是，量子比特是脆弱的，任何干擾都可能導致計算混亂。羅伯特·舍爾科普夫和米歇爾·德沃雷特率先提出了一種穩定它們的方法：通過在超導體（一定溫度下電阻為零的材料）中構建量子比特。這樣，他們創造了量子程序不受干擾的空間。從他們的實驗室里可以看到，這需要巨型冷卻箱來幫助小器件處理大問題。

量子計算機的「大腦部位」

量子比特的實現依賴於許多組件。實驗室牆壁架子上的微波發生器會產生電磁脈衝——光子，通過迷宮般的同軸電纜傳播，並將量子比特——光子送入到運算行列中。

量子計算機的冷卻箱

為了創造比周圍環境更冷的空間，壓縮泵將氦製冷劑驅入銅管。氦氣在循環過程中，它會被壓縮，液化，從而製造低溫。需要一天的時間，冷卻箱內的溫度才能達到近乎絕對零度的工作溫度。

量子比特模塊

有請量子計算機的核心——量子比特模塊登場！這個2.5厘米長的薄晶片以藍寶石為襯底，上面覆蓋一層100納米厚的鋁膜。在極低的溫度下，微波光子來到「Y型」的交叉口處，被設置為「疊加態」，「Y型」下邊的波浪形線路則用於傳輸量子比特的結果。

連接器模塊

要解決複雜的問題需要多個量子比特，用圖中的連接器可以將多個量子比特模塊連接起來。耶魯大學的科學家為了特定的目的設計這些連接器模塊：一些用來處理過程數據，一些用來讀取數據，另一些則用來放大信號。對於製作量子計算機而言，這種擴展模塊與產生量子比特同等重要。

噓！保持安靜！

量子計算機位於冷卻箱里，這裡非常安靜。任何干擾都會引發計算錯誤，所以科學家必須保護好量子比特。一個叫做循環器的單向閥（圖片中部的四個矩形盒子）可以濾除干擾，比如周圍的雜訊。

地面控制模塊

並非所有的工作都在冷卻器中完成。網路分析儀（圖中最前邊的這個矩形盒子）確保傳輸信號所需的微波線路工作正常。位於它後面的高大的灰色櫥櫃用於控制製冷泵和閥門。

各種工具

這些工具是研究生和博士後們的標配。他們需要用這些工具不停地更改量子計算機的配置，已完成特定的實驗。

高個子冷卻箱

這套舊設備已經很少被使用了。這台2.7米高的冷卻箱是實驗室中的「元老級設備」之一，已經有15年的歷史了。年輕的研究人員很少用它來做實驗，因為它又高又狹窄，布置線路很困難，冷卻起來也很麻煩。不過，如果實驗任務繁重、新設備沒空的時候，學生們也會偶爾用用它。

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