传统计算机使用数百万个组织成逻辑门的简单开/关晶体管进行惊人的快速计算，在过去的半个世纪里变得越来越快，以至于我们可以合理地预期芯片上的晶体管数量会增加一倍每隔几年，价格就会减半。为了遵循这个著名的“摩尔定律”，它们变得越来越小，因此速度越来越快，以至于人类的制造创造力遇到了困难。

具有里程碑意义的热量子位研究有望带来更大 更便宜的量子计算机

最新的晶体管是如此之小，以至于它们无法再可靠地控制电子的流动，因为在仅以几个原子宽度测量的距离内，电子可以“量子隧道”，或者基本上瞬间消失并重新出现在晶体管的另一侧，或跳到相邻路径，导致计算中出现各种错误。因此，下一代基于晶体管的芯片不能再小了，而这种物理边界有可能使处理器的开发陷入停顿。

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量子计算似乎是一个很有前途的解决方案，它利用量子尺度物理学的非凡特性开辟了一条新的前进道路。量子“量子位”不是让电子通过或不让电子通过的晶体管位，而是使用纳米级物理学来表达不同的状态;例如，电子的顺时针或逆时针自旋，或光子的水平​​或垂直极化——这些成为你的1和0。

在基于晶体管的位可以打开或关闭、1或0的情况下，量子“量子位”利用叠加的优势——有效地能够同时存在于两种状态，并且实际上可以存在于这两种状态之间的所有概率级别。就像薛定谔的猫一样，一个量子比特只有在被测量时才会被迫坍缩成一个单一的1或0现实。在叠加时，它可以同时运行多个计算，将计算激发到一个基于概率的维度，这对于特定的任务子集来说将非常优越。

这是令人费解的事情，但结果是，当你扩大它们的规模时，多量子位计算机比晶体管位计算机更强大。IBM的公开可用5量子位计算机具有32位计算机的处理能力，其2017年16量子位原型芯片具有65,536位的能力。一台全尺寸量子计算机几乎可以立即处理复杂的数据库操作，而普通计算机可能需要数周或数年才能完成。

IBM的2017年款16量子位量子处理器，图中所示是装在低温室中

IBM的2017年款16量子位量子处理器，图中所示是装在低温室中IBM研究院

事实上，它们甚至可能被证明是危险的精灵，因为它们惊人的速度可以破解公钥加密，这是目前广泛使用的最强大的隐私工具，而不费吹灰之力。但它们令人难以置信的独特能力也将使下一个层次的、极其复杂的模拟能够运行，其中包含数量惊人的变量和海量数据。毫无疑问，它们将成为人类非常有价值的工具。

处理热量：量子困境

当前基于超导体的量子计算机设计的关键问题之一是它们需要保持极低的温度才能运行，仅为0.1开尔文。那是-273.05°C，或-459.5°F-温度如此之低，以至于在传统天平上毫无意义。只需少量热量的能量就足以使这些小的量子叠加失控。众所周知，计算机往往会过热，尤其是您要求它们工作得越努力。

想办法从这些微小的量子比特中吸走所有的热量和运动，这本身就是一个巨大的挑战;IBM、谷歌等公司运行的当前一代量子计算机使用大型、复杂且昂贵的“稀释冰箱”，虽然这些是没有很多量子比特的原型的可管理解决方案，但它们的扩展性非常差。彼此靠近放置的量子位会很快相互升温，因此为了让它们保持凉爽，您需要将它们隔开很远，并为每个量子位铺设单独的电缆以获取进出它们的信息。

商业规模的量子计算机需要数百万个量子比特，因此使用这一代冷却技术，你需要一座巨大的建筑来容纳一台计算机——就像早期基于阀门和晶体管的计算机一样——以及数以百万计的美元的冷却装置。不能接受的。

芬兰团队在2017年展示了在这种微小尺度上冷却物体的其他努力，它们利用量子奇异性来疏散热量，例如鼓励电子通过纳米尺度的障碍进行量子隧道传输，并在它们移动时带走少量热量。

芬兰阿尔托大学团队的芯片包含两个并联的超导振荡器，连接到使用隧道电子来减少能量和冷却系统的量子电路冰箱

阿尔托团队的芯片包含两个并联的超导振荡器，连接到使用隧道电子来减少能量和冷却系统的量子电路冰箱

但是，如果您可以设计一个可以运行得更热的量子位，即使只是稍微热一点，您就可以大大减少冷却装置的尺寸和费用，并将量子位分组得更近。你甚至可以让量子比特靠近传统的硅电子设备，为更小、更便宜的量子计算机开辟道路。伙计们，这就是新南威尔士大学的悉尼团队所说的已经取得的成就。

该团队找到了一种将量子位嵌入量子点的方法，从而创建了硅量子处理器。这些量子位使用电驱动的自旋共振进行控制，并且可以使用量子点之间电子的量子隧道效应对其进行测量或“读取”。

在这个阶段，他们已经成功地使用一个简单的双量子位处理器展示了这项技术，结果令人印象深刻。在1.5开尔文(-271.65°C/-457°F)时，这些硅量子位能够将量子叠加保持整整两微秒，这与它们在0.1K稀释制冷系统中的持续时间差不多。

在人体温度范围内，这些1.5K的“热量子位”仍然冷得可怕，但当你如此接近绝对零时，你可以接受的热能是你可以接受的热能的15倍。将某物冷却到1.5K比将它冷却到0.1K容易得多，而且流动效应是巨大的。新南威尔士大学的热量子位可以使用更小、更便宜的冷却系统更紧密地分组，并且可以在接近传统电子控制读/写活动的地方工作。

“我们的新成果为现实世界的商业和政府应用开辟了一条从实验设备到负担得起的量子计算机的道路，”该项目的首席研究员UNSW教授AndrewDzurak说。“虽然使用我们日常的温度概念很难理解，但这种增加在量子世界中是极端的。”

这项热门的量子比特研究已经得到荷兰第二组研究人员的验证，这两篇论文连续发表在最新一期的《自然》杂志上。

新南威尔士大学的团队表示，这些处于萌芽状态的量子计算机一旦扩展为具有数百万量子比特的芯片，就不再需要专门的制造工厂。应该可以使用现有硅芯片工厂目前使用的相同齿轮进行生产。

虽然商业规模的量子计算机仍然是一个遥远的希望，但这项研究似乎扫清了一个重大障碍，使它们更接近现实。