量子计算机最终可以解决当今难以或不可能解决的某些问题，即使对于那些最强大的高性能计算机也是如此。但在此之前，科学家和工程师必须克服与技术稳定性和可扩展性相关的重大挑战。

根据美国能源部的一项新资助，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)和阿贡国家实验室的一组研究人员将探索一个有希望的途径：使用磁性材料来减轻影响量子计算硬件性能的“噪声”。

量子计算硬件目前有着不同的技术路线，从带电原子到轻粒子再到带有超导线的芯片。在最后一种情况下，量子处理芯片处于温度接近绝对零(-273℃)的特殊制冷机中。极端环境冻结了会侵蚀量子性质的热量。然而，即使在这样的温度下，计算和数据传输仍然会出现不必要的中断。例如，热噪声可以通过控制计算机并提取数据的导线进入制冷机。研究人员想解决的一个问题是，如何才能缓和这种噪声所带来的影响。

UIUC和阿贡实验室的研究人员将尝试的第一种方法是：为进出制冷剂的信号设计一条单向路径，从而降低热量进入的可能性。这种非互易电路已经被制造出来，但是该团队希望以一种新颖的方式——利用磁性——将此功能集成到芯片上。

UIUC材料科学与工程系教授、材料科学实验室研究员Axel Hoffmann说：“磁铁具有内在的非互易性，这意味着你可以将一侧与另一侧隔离。我们的目标是创造一种方法，将磁振子(即磁效应)与微波光子激发或光激发(这通常是用于量子信息传输的信号)混合，以创建一种能在低温度下工作并可降低噪音的设备。”

该团队的首要任务之一是确定能在低温下工作的磁铁。研究人员将探索已知材料的和新的材料，以寻找能够应对极端寒冷环境并能与片上量子操作兼容的候选材料。

Hoffmann说：“这不是微不足道的工作。许多磁铁在室温下都能很好地与微波(微波信号对这些设备至关重要的)配合使用。但我们需要能在低得多的温度下也能很好工作的材料，这种环境可能会完全改变它们的特性。”

这个为期3年并耗资420万美元的项目，还将探索使用磁性材料作为一种介质，这种介质能将信号从一种频率转换为另一种频率同时还保留了量子信息。如果研究人员成功地创建了小规模的混合设备，这项工作也可以应用于非量子设备的传感和通信，例如Wi-Fi或蓝牙技术。

至关重要的一点是，该项目的成功取决于将来自不同学科的研究人员聚集在一起。除了Hoffmann之外，该团队还包括阿贡的Yi Li和Valentine Novosad，以及伊利诺伊大学的Wolfgang Pfaff、André Schleife和JianMin Zuo。他们结合了材料合成(Hoffmann和Novosad)、高级结构表征(Zuo)、计算材料科学(Schleife)、磁化动力学(Li)和量子信息系统(Pfaff)方面的专业知识。

Hoffmann说：“如果我们能在这三年内取得巨大成功，我们将拥有与量子电路直接集成的磁性结构。”（编译:Qtech）