韩国ETRI突破量子计算低温瓶颈 1到4K环境实现超导量子特性

4月28日，韩国电子通信研究院（ETRI）宣布，其创意本源研究本部拓扑绝缘体创意研究实验室成功开发出可在1到4K（开尔文）环境下保持量子特性的核心材料与器件技术。这一温度范围比现有超导量子计算机所需的几十毫开尔文（0.001K级别）高出数百至数千倍，为研制可在更高温下运行的下一代超导量子比特开辟了可能性。

目前，超导量子计算机必须在极度低温下运行，依赖稀释制冷机等大型设备，这被视为量子计算机商用化和普及化的重大障碍之一。而ETRI研究团队开发的拓扑绝缘体“硒化铋”薄膜，可在晶圆上均匀生长，并精确控制超导体与拓扑绝缘体界面（异质结界面）的原子扩散，从而在1到4K（约-272℃至-269℃）环境下维持量子特性。这一温度水平与宇宙空间平均温度（约2.7K）相近，但远高于现有超导量子计算机的工作温度。

研究团队还成功将该材料扩展至4英寸晶圆规模。ETRI拓扑绝缘体创意研究实验室主任李佑廷在与ZDNet Korea的对话中表示：“尚未实现量子比特本身，在1到4K下制造量子比特绝非易事。目前可以认为我们已掌握了实现此类量子比特所需的材料及异质结界面控制技术。”他补充说：“今年上半年将完成量子比特设计图，预计一到两年内可确保制造量子比特的硬件级工艺技术。”

研究团队预测，该技术一旦实际应用于量子器件，将不再需要价值数十亿韩元的稀释制冷机，而可以使用相对便宜的通用极低温制冷机（Cryocooler），冷却系统构建成本可降低约十分之一。目前超导量子计算机的体积主要由冷却设备占据，团队预计待技术全部开发完成后，冷却设备可大幅简化，设备尺寸将从目前的集装箱级别缩小至服务器机架级别。