芬兰的研究人员开发了一种电路，可以在接近绝对零的温度下产生控制量子计算机所需的高质量微波信号。这是将控制系统移近量子处理器的关键一步，这可能会大大增加处理器中的量子比特数。
限制量子计算机大小的因素之一是用于控制量子处理器中量子位的机制。这通常是使用一系列微波脉冲来实现的，并且由于量子处理器在接近绝对零的温度下运行，因此控制脉冲通常通过宽带电缆从室温带入冷却环境。
随着量子比特数量的增加，所需电缆的数量也在增加。这限制了量子处理器的潜在尺寸，因为冷却量子位的冰箱必须变得更大，以容纳越来越多的电缆，同时还要更加努力地冷却它们——最终是一个失败的提议。
由阿尔托大学和芬兰 VTT 技术研究中心领导的一个研究盟现已开发出解决这一难题的关键组件。“我们已经建立了一个精确的微波源，它可以在与量子处理器相同的极低温度下工作，大约 -273 度，”阿尔托大学和芬兰 VTT 技术研究中心的教授、该团队的领导者 Mikko Möttönen 说。
新的微波源是一种可以与量子处理器集成的片上设备。它的尺寸不到一毫米，可能不需要连接不同温度的高频控制电缆。使用这种低功率、低温微波源，可以使用更小的低温恒温器，同时仍然增加处理器中的量子比特数。
“我们的设备产生的功率比以前的版本高一百倍，足以控制量子位和执行量子逻辑运算，”Möttönen 说。“它产生非常精确的正弦波，每秒振荡超过 10 亿次。因此，来自微波源的量子位错误非常罕见，这在实现精确的量子逻辑运算时很重要。”
然而，连续波微波源，例如由该设备生产的微波源，不能按原样用于控制量子位。首先，必须将微波整形为脉冲。该团队目前正在开发快速打开和关闭微波源的方法。
即使没有产生脉冲的开关解决方案，高效、低噪声、低温的微波源也可用于一系列量子技术，例如量子传感器。
“除了量子计算机和传感器之外，微波源还可以作为其他电子设备的时钟。它可以让不同的设备保持相同的节奏，使它们能够在所需的时间对几个不同的量子位进行操作，”解释说莫托宁。
在理论分析和最初的设计是由尤哈·哈塞尔等人在VTT进行。Hassel 在 VTT 开始这项工作，目前是芬兰量子计算硬件公司IQM 的工程和开发主管。该设备随后在 VTT 制造，并由阿尔托大学的博士后研究 Chengyu Yan 和他的同事使用 OtaNano 研究基础设施进行操作。严现为华中科技大学副教授。参与这项研究的团队是芬兰科学院量子技术卓越中心 (QTF) 和芬兰量子研究所 (InstituteQ) 的一部分。
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