1 月 15 日消息，美國國家標準與技術研究院（NIST）攜手瑞典查爾姆斯理工大學，開發出一種新型“量子冰箱”，能有效冷卻量子比特，為量子計算創造“干凈”的工作空間。

該裝置利用熱量驅動，自主將目標量子比特冷卻至接近絕對零度的極低溫，從而減少計算錯誤，提升量子計算的可靠性。

為了“擦除”或重置超導量子比特，即把它們恢復到最低能量狀態，通常需要將它們冷卻至接近絕對零度。傳統上，最佳的重置方式可以達到 40—49 毫開爾文（mK）的溫度。

此次研究團隊實現了更佳成績：將量子比特冷卻至 22mK，顯著減少了初始錯誤，為后續的計算過程節省了大量糾錯工作量。

IT之家援引新聞稿報道，該量子冰箱基于超導電路，由三個量子比特構成：一個“熱”量子比特提供能量，一個“冷”量子比特充當散熱器，以及一個需要被冷卻的目標量子比特。

基于超導電路的新型“量子冰箱”由兩個量子比特組成，一個熱量子比特（右上）和一個冷量子比特（中間），它們共同冷卻目標量子比特（左下）。圖片來源：瑞典查爾姆斯理工大學 / NIST

在實際的量子計算機中，如果充當“黑板”（chalkboard）的計算量子比特溫度過高，“熱”量子比特將目標量子比特的熱量泵入“冷”量子比特（散熱器），從而冷卻目標量子比特至接近基態，清除計算殘留，為下一次計算做好準備。該過程自動運行，只需極少的外部控制或額外資源，即可維持計算量子比特的計算能力。

這項研究解決了量子計算領域的一大難題 —— 維持量子比特的穩定性。通過有效冷卻量子比特至極低溫，量子“冰箱”能最大限度地減少熱量和輻射對量子比特的干擾，從而降低計算錯誤率，為構建更可靠的量子計算機奠定了基礎。