这样的量子计算机是否让你大跌眼镜？

这样的量子计算机是否让你大跌眼镜？

在耶鲁大学附近的一家初创公司里，有一间洁净却拥挤不堪的实验室。天花板下缠绕着错综复杂的管线，地板上堆放着电子设备和制冷泵。这一堆看似杂乱无章的设备其实是一台计算机，它与世界上的任何一台计算机都不同，它是一台量子计算机。

耶鲁大学的罗伯特·舍尔科普夫和米歇尔·德沃雷特设计了这台机器，目的是实现科学家长期以来的梦想——量子计算。这样的计算基于量子力学中的一个叠加概念，即粒子可以同时处于两种状态，就像一枚快速旋转的硬币，它既是正面又是背面。传统的计算机芯片，无论是在你手机上的还是超级计算机所配备的，都拥有以二进制代码处理信息的晶体管：一切都是“0”或“1”。量子计算机使用量子比特，它既可以是“0”，也可以是“1”。这样的机器可以更快地解决问题。

但是，量子比特是脆弱的，任何干扰都可能导致计算混乱。罗伯特·舍尔科普夫和米歇尔·德沃雷特率先提出了一种稳定它们的方法：通过在超导体（一定温度下电阻为零的材料）中构建量子比特。这样，他们创造了量子程序不受干扰的空间。从他们的实验室里可以看到，这需要巨型冷却箱来帮助小器件处理大问题。

量子计算机的“大脑部位”

量子比特的实现依赖于许多组件。实验室墙壁架子上的微波发生器会产生电磁脉冲——光子，通过迷宫般的同轴电缆传播，并将量子比特——光子送入到运算行列中。

量子计算机的冷却箱

为了创造比周围环境更冷的空间，压缩泵将氦制冷剂驱入铜管。氦气在循环过程中，它会被压缩，液化，从而制造低温。需要一天的时间，冷却箱内的温度才能达到近乎绝对零度的工作温度。

量子比特模块

有请量子计算机的核心——量子比特模块登场！这个2.5厘米长的薄晶片以蓝宝石为衬底，上面覆盖一层100纳米厚的铝膜。在极低的温度下，微波光子来到“Y型”的交叉口处，被设置为“叠加态”，“Y型”下边的波浪形线路则用于传输量子比特的结果。

连接器模块

要解决复杂的问题需要多个量子比特，用图中的连接器可以将多个量子比特模块连接起来。耶鲁大学的科学家为了特定的目的设计这些连接器模块：一些用来处理过程数据，一些用来读取数据，另一些则用来放大信号。对于制作量子计算机而言，这种扩展模块与产生量子比特同等重要。

嘘！保持安静！

量子计算机位于冷却箱里，这里非常安静。任何干扰都会引发计算错误，所以科学家必须保护好量子比特。一个叫做循环器的单向阀（图片中部的四个矩形盒子）可以滤除干扰，比如周围的噪声。

地面控制模块

并非所有的工作都在冷却器中完成。网络分析仪（图中最前边的这个矩形盒子）确保传输信号所需的微波线路工作正常。位于它后面的高大的灰色橱柜用于控制制冷泵和阀门。

各种工具

这些工具是研究生和博士后们的标配。他们需要用这些工具不停地更改量子计算机的配置，已完成特定的实验。

高个子冷却箱

这套旧设备已经很少被使用了。这台2.7米高的冷却箱是实验室中的“元老级设备”之一，已经有15年的历史了。年轻的研究人员很少用它来做实验，因为它又高又狭窄，布置线路很困难，冷却起来也很麻烦。不过，如果实验任务繁重、新设备没空的时候，学生们也会偶尔用用它。