几十年来，量子计算的承诺一直让药物制造商、间谍和科技公司首席执行官们感到兴奋。如果完美，这样的机器将加速药物发现，解码密码，并帮助人工智能解析我们的数字数据。这个新的大脑依赖于叠加的弯曲概念，即一个物体可以同时处于两种状态——一枚旋转如此之快的硬币，既是正面也是反面。
无论是手机还是超级计算机中的传统计算机芯片，都包含处理二进制信息的晶体管：一切要么是 0，要么是 1。量子计算机使用量子比特（“cue-bits”），它可以同时是 0 和 1。它们所在的机器可以更快地解决问题。
但有一个问题：量子比特非常脆弱。任何干扰都会混淆计算。耶鲁大学应用物理学家 Robert Schoelkopf 和 Michel Devoret 开创了一种稳定它们的方法。通过用超导体建造量子比特——在极低温度下对电流没有电阻的材料——他们创造了一个量子算法可以不受干扰地流动的空间。正如他们实验室内部的景象所揭示的，要让这些微小的晶片进行宏大计算，需要巨大的操作——和一个非常冷的冰箱。
↑ 量子比特依赖于许多组件。一排排微波发生器产生电磁脉冲，这些脉冲通过同轴电缆组成的迷宫，将量子比特——位于本文顶部照片中 5 英尺高的蓝色冰箱深处——激活。为了创造比外太空更寒冷的环境，外部泵将氦-3 制冷剂驱动到铜管中。随着氦气循环，它会压缩、液化并冷却。需要一天才能达到最低温度：0.01 开尔文，或零下 459 华氏度。
↑ 研究生们成对工作，需要长达两周的时间才能将这些电线穿过巨大的圆柱体，最终连接到冷却器底部。
↑ 这是量子计算的冷酷而优雅的核心——量子比特。这枚 1 英寸长的晶圆由合成蓝宝石制成，顶部覆盖着一层 100 纳米厚的印刷铝。在极低的温度下，微波光子将 Y 形连接点置于叠加状态。下方的波浪形条形传输量子比特的结果。
↑ 需要一组量子比特才能解决比抛硬币更复杂的问题。像这样的模块将它们连接起来。耶鲁团队为这些单元设计了特定的用途。有些处理数据，有些读取数据，有些放大数据。掌握这种可扩展的、类似乐高的方法，对于完善量子计算机比堆积量子比特更重要。
↑ 冰箱内部很安静。任何静电都可能引起计算错误，因此科学家们必须保护量子比特。一个名为环形器的单向阀（上图中间可见的四个矩形）可以过滤掉诸如实验室环境噪声之类的干扰。
↑ 并非所有工作都在冷却器里进行。一台网络分析仪（前景）确保传输信号所需的微波布线工作正常。它后面直接的灰色高柜则负责管理制冷泵和阀门。
↑ 研究生和博士后不断构建自定义配置以完成特定的实验。这可能需要将数十个量子比特和量子比特嵌套模块拼接在一起以实现新功能。在这里，旧模块（左下和中右）与同轴电缆和信号滤波器放在一起。
↑ 旧的量子计算机工作得少。这台 15 岁的 9 英尺高的冰箱是实验室里的“老前辈”了。它不像年轻的设备那样受到关注。狭窄的框架使得布线很棘手，而且冷却它需要从地面的一个检修口吊起一个巨大的冷却罐。尽管如此，如果新设置没有空余位置，学生们还是会把它拿出来进行快速研究。
本文最初发表在《大众科学》的“智能”特刊上。
