欧洲巨头杀入！德国弗劳恩霍夫协会也要做量子计算机

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在人工智能或机器学习等新应用中，为了充分发挥量子计算机的潜力，研究人员正在努力完善底层电子设备。德国弗劳恩霍夫可靠性和微结构研究所(Fraunhofer IZM)的一个团队正在研究厚度仅为10微米的超导连接模块，向商业可行的未来量子计算机迈出实质性的一步。

凭借其超强计算能力，量子计算机有望成为现代工业各个领域技术创新的驱动力。与当今的普通计算机相比，它们不处理比特，而是处理量子比特：这些信息单元不再局限于1或0的二进制状态。利用量子叠加或纠缠，无论是速度和功率，还是在它们可以处理的计算复杂性方面，量子比特都有了巨大飞跃。量子比特数量的增多也意味着更快的速度和更强的计算能力。

量子计算机的潜力无限：无论是模拟还是概率计算，它们都能以闪电般的速度解决复杂的问题。从优化的物流或交通管理到高度精确的预测，从使用精确分子建模的新型医疗到金融业几乎牢不可破的加密，一切都是可能的。

通过前两代量子计算机的研发，研究人员掌握了很多关于新技术的基本运作原理。如Jülich研究中心的量子计算机，目前使用的量子比特数量达到了5000个，这意味着每个量子粒子有25000个势态。但是这些计算机遇到了一些挑战：量子比特的复杂相互作用对中断非常敏感，结果存在计算错误，需要通过纠错机制来完善结果，这就需要更多的量子比特，研究人员预计，未来的量子计算机每台至少有10万个甚至100万个量子比特。

为了在单个系统中实现更多的量子比特，必须开发新的集成电路和连接，这些集成电路的尺寸要非常小，并且可以承受低至-273°C的温度。正是在这样苛刻的条件下，固体中的晶格振动减慢到足以使量子比特保持纠缠并可读。但是该系统面临着自行预热的风险，所以要在尽可能低的温度下使用超导体。Fraunhofer IZM的Hermann Oppermann博士致力于为此类系统设计和构建这些超导连接，提供它们所需的低温包装。

为了让焊接点能够应对极低温度，他们提出一项新技术，选择铟来达到目的，这种材料在低于3.4开尔文时可以变成超导材料，即使在接近绝对零度的温度时也能保持坚固。为了用铟制造电子结构，使用特殊的电解质来电隔离材料，这需要将铟从镍基中移出。镍会产生太强的磁场，可能会破坏量子比特的工作，将铟放在新的金属化碱基上，结构则更加协调。该团队使用的工艺创造了低温连接小型化的新世界纪录，连接器的网格间距甚至小于10微米。

该团队还用铌和氮化铌构建了极低损耗的超导连接器。为铌涂层开发了一种创新工艺，然后通过离子射线蚀刻技术来制造紧凑型连接器，该连接器采用特殊合金制成，可在低温下工作并可以通过强电流。在铟凸块和超导电路载体完成后，组件在特殊的低温测试中成功经受了低于3开尔文的温度。

作为InnoPush项目“HALQ——基于半导体的量子计算”的一部分，项目合作伙伴创建了一个通用平台，将微电子技术应用于高度可扩展的量子计算机。项目合作伙伴包括：Fraunhofer IPMS、Fraunhofer ITWM、Fraunhofer EMFT、Fraunhofer FHR、Fraunhofer IIS、Fraunhofer IISB、Fraunhofer ILT、Fraunhofer ISIT、Fraunhofer IOF、Fraunhofer ENAS和Fraunhofer IAF。

编译：卉可

编辑：慕一