最近，日本富士通公司与荷兰量子研究机构QuTech的研究人员合作开发了一种新型的超冷电子电路，以用于控制基于金刚石的量子比特。他们这一联合项目通过克服"布线瓶颈"，使得建造更大的量子计算机成为可能，同时保持了高质量的性能。这使得量子比特和控制电子元件都可以在一个紧凑的低温制冷机中方便地运行。该研究团队在IEEE的ISSCC上发表了他们的这一研究成果。

将任何东西冷却到如此低的温度已经是一项了不起的成就。如果量子计算机在进行计算时有热量泄漏到其核心部位，那将是一件非常遗憾的事情。这种热量会立即破坏量子比特所存储的信息，使任何量子计算机变得不可靠且无法使用。现在的常规做法是将一些量子比特放在一个小型低温制冷机中，并用一些电缆将它们与制冷机外部的电子设备连接起来，从而使这些量子比特能保持足够的低温。然而，要冷却数千甚至数百万个量子比特是非常困难的，因为在低温量子比特和室温电子设备之间要连接这么多电缆，会对设备的可靠性、制造和尺寸等方面造成极大影响。

为什么不冷冻整个计算机，而仅仅是冷冻量子比特呢？这说起来容易但做起来难，因为大多数集成电路只能承受从-40°C至125°C的环境温度，这比传统量子比特的温度要高得多。但这正是QuTech(由荷兰代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究组织合作成立)的研究人员和工程师们现在所做的工作。他们使用了低温CMOS硬件来承受量子比特制冷机的极端温度，同时不会影响整个系统的性能和可扩展性。

首席研究员Fabio Sebastiano解释说：“在设计电气系统时，性能和功率之间总是存在平衡问题：其中一方的增加意味着另一方的降低。我们的挑战是在保持功耗不受限制的同时获得高性能。这一点至关重要，因为过大的功率会使得用于保持系统低温的低温制冷机过热。我们使用特定的低温电子控制器(cryo-CMOS控制器)来解决这一互联瓶颈，现在我们接入低温制冷机所需的电线更少了，这大大提高了整个量子计算机的可扩展性。”

他的同事、来自QuTech和代尔夫特理工大学的Masoud Babaie补充道：“为了进一步完善cryo-CMOS控制器，采用电子器件和量子处理器的组合设计方法是有益的。这涉及到战略性地排列量子比特并将其连接到控制器。要解决任何量子平台的问题，都需要仔细研究信号需求并针对可扩展性进行控制器优化，并专注于减小功耗和物理尺寸。这对于开发更大型的量子计算机至关重要。”

富士通研究所研究员兼量子实验室负责人Shintaro Sato博士解释说：“控制电路和量子比特之间的布线是量子计算机在规模化过程中的一个常见问题。我们的联合研究成果凸显了用于金刚石自旋量子比特的cryo-CMOS技术在克服这一瓶颈方面的潜力。预计这项新技术将使我们能够在使用金刚石自旋量子比特的量子计算机中实现预期的高可扩展性。“(编译:Tmac)