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上个月，我们宣布在格拉斯哥大学安装下一代稀释冰箱Proteox。作为我们的第二篇博文，我们想采访英国格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院量子技术系主任Martin Weides FInstP教授，以及两位博士后研究助理Paul Baity和Sergey Danilin，以了解更多关于他们正在做的工作。
如果没有在电脑、平板电脑、智能手机和嵌入式设备上运行的软件，我们的大部分现代生活都是不可想象的。计算所需的能源不断增加，影响着全球实现绿色、低碳经济的努力。摩尔定律预测了处理能力同比增长一倍的速度，但随着物理电路尺寸接近极限，该定律正在放缓。它不再可能常规地缩小晶体管的尺寸，这是驱动器的基础，以更快的速度和更低的功耗。
量子计算是利用微观粒子或纳米电子电路的特性来处理信息，在过去几年里，它的发展速度发生了阶梯式的变化。与此同时，谷歌和IBM等大公司也进行了大量投资，英国NQT项目等国家项目也提供了大量资金。领先的硬件架构基于超导系统，并展示了50-100个量子比特进行复杂计算的潜力。即使在这种中等尺寸下，量子计算机也能执行某些类型的计算，远远超过大型超级计算机的能力。更大的量子计算机将逐渐扩大实际应用范围，从量子化学、物流或金融开始。万博电脑网页版登录
格拉斯哥大学(University of Glasgow)开发了超导电路，这是大型科技公司也在追求的量子计算机的基础。我们的团队是英国最大的团队之一，并有独特的权限使用领先的纳米制造设施，詹姆斯瓦特纳米制造
中心(JWNC)及其建立的商业单位开尔文纳米技术(KNT)提供商业服务。从大约两年前开始，我们的工作现在已经很好地融入了国家和国际项目，在材料、纳米制造和用于量子计算的低温硬件方面做出了贡献。
有几个链接!狗万正网地址牛津仪器纳米科学是低温系统的领先制造商，这是超导量子结构的操作和测试所必需的。例如，在我们的团队中，我们有两台来自牛津仪器的稀释冰箱，包括最新的“Proteox”型号，它的工作原理是循环4He/3He气体冷却到1狗万正网地址0 mK(即-273.14°C)!这些系统是“干式”的，这意味着它们运行时不需要像老式低温制冷机那样不断地提供液氦，因此操作起来要简单得多。该系统也完全自动化，以方便使用。有了这样易于操作和低维护的系统，我们可以把更多的注意力放在研究上，加快我们的开发过程。事实上，这些低温冰箱是基于超导的量子计算的工作马匹，没有这些基本系统是无法想象的领域。
2020年，牛津仪狗万正网地址器和格拉斯哥获得了英国创新基金，用于超导量子设备的工业化测试。通过向全球量子社区提供新颖的纳米制造技术和低温测量服务，该基金对于解决当今提高超导量子电路技术准备水平的新紧迫挑战至关重要。第三个合作伙伴KNT将为合作伙伴和商业市场提供纳米制造代工服务。万博手机版max客户端
体积，灵活性，冷却力!利于学生学习的! !大直径的混合室板为我们实验所需的低温设备提供了巨大的容积。冰箱有足够的冷却功率，可以同时运行多个测量设置。在我们看来，冰箱的主要好处是它的可互换的测量插入和它的使用方便。
通过高密度布线和冷却电源，可以从室温下到混合室板运行更多的同轴电缆。从冰箱中移除插入件的可能性使修改接线和添加新的低温组件变得更容易。这比在标准系统中更方便，在标准系统中，电缆和设备的密度会限制访问被其他组件阻塞的接线连接。这个限制通常需要全部或部分拆卸，以修改测量设置。因此，我们希望Proteox的便利性会有很大的提高，使它成为像我们这样有很多学生的学术环境的理想选择!
我们的研究重点是量子电路的材料和工艺开发。实验需要实现直流和微波布线系统和技术，Proteox提供的额外冷却功率将允许额外的布线线和同时测量多个样品。用于直流测量的导线通常由热导率相对较低的金属(如BeCu)制成，用于室温和4K级之间的互连，以及4K和10mK级之间的超导合金(如Nb-Ti)。电线被分成带状带，在每个温度水平上加热，以逐渐吸收流向冰箱最冷部分的热量。对于微波测量，采用导热系数低的薄半刚性同轴电缆。电缆布线在不同的温度阶段被中断，包括衰减器，减少噪音和帮助热同步微波线。微波滤波器、低温循环器、HEMT放大器和微波开关，可以安装在不同的温度阶段，也通常用于我们的实验装置。
量子计算机的运行需要高度的温度控制，这是通过将电路冷却到接近绝对零度来实现的。Proteox可以将我们的量子电路冷却到10mK，允许量子比特操作和测试。另一个关键方面是持续的运作。随着测量的量子电路越来越复杂，描述、校准和调整电路的运行需要越来越长的时间。要在冰箱里进行类似的实验是完全不可能的，因为冰箱的冷却时间有限，需要充电或定期进行局部预热。
对于Proteox级的冰箱，操作时间原则上只受系统机械的使用间隔的限制。此外，由于可交换的测量插片和大的冷却功率，它提供了一个灵活可靠的低温测量平台，增加了布线和测量装置的容量。
他们说摩尔定律正在“退休”，这意味着CMOS技术的巨头们将面临越来越多的挑战，以与以前相同的速度提供经典计算能力的增长。我们认为这些公司(英特尔、IBM、谷歌)已经并将继续成为量子计算发展的领导者，但我们也看到其他公司用不同的技术和战略加入进来。另一个对量子计算感兴趣的部门是化学和药理学行业，它们可以利用量子计算机大大缩短寻找新的药物化合物治疗目前被认为是不治之症的疾病的时间。这与量子模拟有更多的共同之处，量子模拟是一种解决复杂计算问题的量子方法。关于这一点，我们最近问自己:
“完全开发的量子计算机能帮助人类更快地克服Covid-19大流行，而不造成那么高的死亡人数吗?”如果早点接种疫苗会有帮助吗?”
量子技术在英国被认为是未来的技术。它们的发展对国家具有重要意义，因为UKNQT计划的建立完全是为了量子技术的发展。在为期5年的第一阶段计划中，英国在四个量子技术中心投资了1.2亿英镑，扩大的投资继续支持围绕这些中心的量子技术的发展。国家量子计算中心(NQCC)是量子领域的新成员，旨在推动量子计算达到更高的技术准备水平。鉴于此，我们认为英国有望成为量子计算和工程领域的主要贡献者，甚至是全球先驱。事实上，它的第一台大规模量子计算机预计将在未来几年内投入使用。
我们认为量子计算仍处于初级阶段。建造一个通用的量子计算机的问题是极具挑战性的，要实现这个目标还有很长的路要走。量子计算的基本物理原理和基本元素的运作已经被学术研究小组研究得很好，在过去的二十年里取得了许多开创性和概念性的成果。
目前，量子计算界在封装/架构的结构、元素的互联性以及缩放的控制和读出等方面面临工程问题。因此，未来将带来更多的工程和编程挑战，需要工业界更广泛的合作和参与。我们相信，学术研究和工业之间的积极合作对双方都是有益的。
在这里，学术界在过去几十年发展和积累的知识可以与工业合作伙伴提供的覆盖范围、能力和各种技术解决方案相融合，将促进量子技术的增长和发展。
特别是像我们JWNC这样的量子铸造厂在开发新技术并将其转化为现实应用方面发挥了重要作用。万博电脑网页版登录与此同时，对于新的概念和解决方案，以及对量子物理的探索，在底层仍有很大的探索空间。操纵肉眼可见的人造物体(如同心跨通电路)的量子特性是一门超酷的科学!顺便说一下，我们一直在寻找人才(本科生、博士生或博士后)，如果你有兴趣加入我们，请留言!下面是链接:https://www.gla.ac.uk/schools/..。
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Martin Weides教授
Sergey Danilin博士
Paul Baity博士
哈丽特·范德弗利特
面试官
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