《自然》同期发 “套路一样”两论文：让量子计算更热更廉价

量子计算概念很热，量子计算的现实却很“冷”。

4月16日，世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志“背靠背”发表了两篇论文，用同样的方法提高了量子计算的工作温度，一篇是1.5开尔文，一篇是1.1开尔文。

1.5开尔文等于-271.65摄氏度，当然还是很“冷”。不过，这已经比谷歌、IBM等主流公司使用超导量子比特技术的工作温度高出了15倍。

这种提升在量子世界里会呈现出极端放大效应，相对应的制冷成本从数百万美元骤降至数千美元。

可以说，这为量子计算机从实验设备走向现实应用解决了一个重要障碍。

更温暖、更稳定

经典计算机用晶体管存储一“位”信息，晶体管的开关状态分别表示0和1。在量子计算机上，信息通常由自旋等独特的量子特征来记录，而且得益于叠加态，一个量子比特上能同时存储0和1。

以目前的技术水平，量子比特（qubit）可以通过超导电路实现或在硅等半导体内形成。这类固态平台需要冷却至极低温度，而温度越高，粒子振动越剧烈，量子比特精妙的状态就会被干扰，进而影响性能。

如果要让量子计算机完成新药设计这种级别的复杂计算，可能需要数百万对量子比特。每增加一对，系统总热量自然也会增加。为了留有余地，当前的量子计算机设计都把温度推向了接近绝对零度的温度（约0.1开尔文）下运转。

这样的话，光制冷设备就要耗资数百万美元。而且，一旦插入传统的电子电路，它们就会立马过热。门槛之高，令人望而生畏，实用前景，也更加扑朔迷离。

澳大利亚新南威尔士大学和荷兰代尔夫特理工大学这两个研究团队选择的是硅量子点系统。他们让一对量子比特组成单元晶胞，限制在由富含硅-28同位素的材料制成的量子点中，并与周围能在超过1开尔文温度下正常运作的材料很好地隔离开来。然后，仅仅通过两个量子点之间的电子隧穿来初始化和读取电子自旋信息。

在“热操作”下，相干时间为2微秒，与自然硅材料中的“冷操作”水平相当。

更廉价、更现实

1开尔文以上意味着什么？意味着量子计算可以摆脱昂贵而复杂的稀释冰箱，转而使用更为简单的氦制冷系统，能效大幅提升。

《自然》杂志新闻观点评价道，将运行温度提至1开尔文以上是一个重要的里程碑，因为冷却到这一阈值以下既不容易也不便宜。随着温度提高到1开尔文以上，成本将大幅下降。

此外，硅基平台也是很有诱惑力的选择，因为这将有利于集成利用现有硅基硬件的经典系统。如果量子计算技术果真可以放大到数百万量子比特的规模，可以通过硅晶圆制造厂来生产。

“背靠背”研究

那么，为什么会有两篇“套路”一样的论文同期发表呢？原来，该技术最早是 澳大利亚新南威尔士大学教授安德鲁•德祖拉克（Andrew Dzurak）领导的团队在2014年提出的，并于2019年2月将实验结果（1.5开尔文）上传在预印本网站上。

澳大利亚方论文的第一作者杨智寰，被德祖拉克评价为“杰出的实验者”。

荷兰方论文的通讯作者M. Veldhorst曾是德祖拉克团队里的博士后，用同样方法取得的实验结果（1.1开尔文）于2019年10月上传。

从同一个学术交点，延伸出了两条独立的研究线，最终又汇集在这一期的《自然》 杂志上。