3D打印助力大规模量子计算机建造

3D打印可简化大型量子计算机制造过程

随着量子计算机规模不断扩大，它们可能真正变得实用。通过3D打印某些量子计算机的关键组件，或许能更轻松地构建更大的量子比特阵列，从而提升计算能力。

离子阱技术的突破

目前量子计算机尚无统一的最佳设计方案，但研究人员一致认为，要使其真正发挥作用，必须扩大规模。对于使用离子作为量子比特（qubit）的量子计算机而言，“离子阱”是关键构建模块。某机构的哈特穆特·哈夫纳及其同事开发了一种微型离子阱的3D打印技术，这可能有助于将多个离子阱组合成一台大型计算机。

离子阱的功能正如其名：通过电磁场限制离子位置并控制其量子状态，这是使用离子进行计算的基本条件。

技术优势与实验成果

研究团队3D打印的离子阱尺寸仅数百微米。在大量实验室测试中，这些新型离子阱表现优于传统设计。哈夫纳表示，它们的离子捕获效率最高提升10倍，且从启动陷阱到可使用离子的等待时间更短。“可以将量子比特规模扩大一个数量级，并加快运行速度，”他补充道。

某国家实验室的团队成员夏晓星指出，3D打印非常适合解决当前问题，因为与芯片制造方法相比，它能以更少限制制造小型复杂物体。这意味着研究人员可以在微型离子阱成功的基础上，开发更具创新性的设计。另一位团队成员徐树奇表示，部分新设计已在开发中。夏晓星强调：“3D打印让你能在很大程度上重新构想设计。”

行业专家评价

某大学的乌尔里希·波施林格认为，当前离子阱制造方法“存在复杂性、固有局限性，有时还存在良率低、成本高和重复性差的问题。3D打印方案最终可能克服所有这些障碍……这是实现离子阱量子计算可扩展性的关键前提”。

未来应用前景

研究团队计划在3D打印设计中集成光学组件，例如量子计算必需的微型激光器。哈夫纳还指出，这种微型离子阱有助于重新设计化学领域中广泛使用的质谱仪。

期刊参考：某期刊 DOI: 10.1038/s41586-025-09474-1
主题：量子计算
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