新研究揭示量子处理器可扩展性的路径

为了发挥其全部潜力，量子计算机需要数百万个量子比特（量子位）。然而，当量子信息处理系统扩展到多个量子位时，挑战就随之而来。即使是控制少量量子位也需要高度复杂的电子设备，而扩展复杂电路是其中的主要障碍。

在最近的理论研究中，由美国罗德岛大学领导的一个研究团队提出了一种模块化系统，用于扩展量子处理器。他们通过灵活的方式将量子位长距离连接，使其协同工作以执行量子操作。相较于传统计算机，在量子位之间进行这种纠缠操作的能力是量子计算增强能力的基础。这项新研究的论文已发表在《物理学评论X辑-量子》（PRX Quantum）杂志上。

使用半导体构建量子处理器从理论上看是将量子位扩展至更大规模的有力方法。研究人员指出，现有的半导体技术已为制造数十亿个微型晶体管奠定基础，可以进一步用来制造体积更小的量子位。此外，将量子位存储在电子和其他半导体粒子的内部自旋中，有助于保护量子信息免受丢失。

尽管在单一量子位阵列中增加更多自旋量子比特及其控制电路是个挑战，研究团队提出了通过纠缠自旋量子位并灵活调整频率的方案。这一灵活性为基于半导体的模块化量子处理系统开辟了新道路能够使用现今已能制造的小型量子位（模块）阵列来构建多量子位系统，并将它们与强大的远程纠缠链路连接起来。

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