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隨著量子計算機規(guī)模不斷擴大，控制系統(tǒng)所需的電纜數(shù)量迅速增加，正成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。據(jù)最新一期《物理學(xué)評論X輯-量子》報道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)研究團隊發(fā)現(xiàn)，多個量子比特可共享同一根控制電纜，且不會顯著增加計算時間。這項研究是目前該領(lǐng)域最系統(tǒng)的一次探索，或?qū)⒊蔀橥苿恿孔佑嬎銠C發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

量子計算機的擴展面臨諸多工程難題。以基于超導(dǎo)電路的量子計算機為例，其運行環(huán)境必須接近絕對零度（-273.15℃）。外部電子設(shè)備通過電纜向內(nèi)部的量子比特發(fā)送控制信號，但這些電纜會帶來熱量，影響系統(tǒng)溫度，從而可能導(dǎo)致量子比特失去計算能力。

為突破這一限制，研究團隊探索了“時分復(fù)用”控制方案，即讓多個量子比特共享同一根電纜，通過高速切換依次向不同量子比特發(fā)送控制信號。這一方法需要在量子處理器附近部署微波開關(guān)，將信號準(zhǔn)確分配至目標(biāo)量子比特。

長期以來，學(xué)界普遍認(rèn)為該方案會帶來計算延遲，因為量子比特需要“排隊”等待控制信號，從而拖慢整體運算速度。對此，研究團隊通過系統(tǒng)模擬與分析，對不同規(guī)模量子處理器在減少電纜條件下的運行表現(xiàn)進(jìn)行了評估。

結(jié)果顯示，對于多種常見量子算法，在大幅減少電纜數(shù)量的情況下，計算時間幾乎不受影響。部分操作中，如雙量子比特門，甚至可以在不增加額外時間的情況下實現(xiàn)電纜共享。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多個量子比特共享電纜時，計算時間的增長呈對數(shù)關(guān)系，而非線性關(guān)系。

研究團隊在理論框架下對多種量子處理器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬，規(guī)模最大達(dá)到約1000個量子比特。他們重點分析了一個由121個量子比特構(gòu)成的11×11網(wǎng)格系統(tǒng)，并測試了從“一根電纜對應(yīng)一個量子比特”到“多個量子比特共享一根電纜”的不同配置。在最大規(guī)模模擬中，每根電纜最多可連接8個量子比特。