北京
研究人員從理論上證明，將微型量子電池直接集成到系統(tǒng)中，可使其量子比特容量提升至四倍。
研究人員提出了一種利用量子電池為量子計算機(jī)供電的理論方法。這是由澳大利亞國家科學(xué)機(jī)構(gòu)CSIRO、昆士蘭大學(xué)和沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）的研究人員合作完成的工作。該團(tuán)隊(duì)表示，將量子電池集成到計算機(jī)架構(gòu)中，可為提升處理速度和能源效率提供一條路徑，同時也可能突破量子計算機(jī)規(guī)模化發(fā)展的物理限制。
"我們通過計算發(fā)現(xiàn)，采用量子電池供電的系統(tǒng)將顯著減少熱量產(chǎn)生，需要更少的布線組件，并在相同物理空間內(nèi)容納更多量子比特——這些都是構(gòu)建實(shí)用、可擴(kuò)展量子計算機(jī)的重要步驟。"該研究的合著者、CSIRO量子電池研究負(fù)責(zé)人James Quach博士表示。
內(nèi)置"燃料箱"
量子計算機(jī)在從醫(yī)藥到金融等多個領(lǐng)域提供了具有變革世界潛力的計算能力。然而，它需要龐大、耗能的冷卻單元和復(fù)雜的外部硬件。這些障礙阻礙了量子計算機(jī)的發(fā)展。當(dāng)前的規(guī)模化問題很簡單：添加的量子比特越多，產(chǎn)生的熱量就越多，所需的布線也越多。最終，空間和冷卻能力將面臨極限。
研究人員從理論上證明，將微型量子電池直接集成到系統(tǒng)中，可使其量子比特容量提升至四倍。這些內(nèi)置電池通過回收內(nèi)部能量而非依賴電網(wǎng)供電，可以大幅降低功耗，并為目前阻礙量子計算發(fā)展的巨大能源需求提供一個緊湊的解決方案。
"量子電池雖小但功能強(qiáng)大。我們的發(fā)現(xiàn)讓我們向解決限制量子計算機(jī)發(fā)展的能源、冷卻和基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)又邁進(jìn)了一步，"Quach解釋道。"這就像給計算機(jī)配備了自己的內(nèi)置燃料箱。電池在計算機(jī)運(yùn)行時自行充電，而不是持續(xù)從電網(wǎng)補(bǔ)充能量，"他補(bǔ)充道。
未來計算機(jī)或?qū)⒏?/strong>
與你手機(jī)中的鋰離子電池不同，量子電池不依賴化學(xué)反應(yīng)。它從光中儲存能量，只需簡單曝光即可充電。一旦進(jìn)入計算機(jī)內(nèi)部，這些電池形成一個閉環(huán)，持續(xù)從機(jī)器的內(nèi)部組件獲取電力。
這種架構(gòu)通過量子糾纏將電池與處理單元融合，創(chuàng)造出一個電力與邏輯共存的統(tǒng)一量子鏈路。
除了效率優(yōu)勢，該模型還揭示了一個令人驚訝的速度優(yōu)勢，即"量子超擴(kuò)展性"。這一獨(dú)特現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn)計算帶來了轉(zhuǎn)變：系統(tǒng)不會因變得更復(fù)雜而減速，反而會加速。這意味著，架構(gòu)中添加的量子比特越多，計算機(jī)的性能就越快。
該研究在理論上證明了其可行性；現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)的下一個挑戰(zhàn)是構(gòu)建一個工作模型，將這些量子電池變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
"盡管量子電池仍是一項(xiàng)新興技術(shù)，需要進(jìn)一步發(fā)展，但這種方法為量子計算的未來創(chuàng)造了令人興奮的可能性，"Quach博士說。這不僅是一次單純的計算升級，更標(biāo)志著進(jìn)入了量子能源領(lǐng)域。如果他們成功，下一代超級計算機(jī)將既更快又能自我維持。
在未來幾年，這項(xiàng)技術(shù)可能重塑計算、醫(yī)藥、能源、金融、通信及許多其他領(lǐng)域。相關(guān)研究成果已于1月26日發(fā)表在《物理評論X》（PRX）期刊上。
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