2026/06/02
圖文引用自：www.techritual.com
量子計算機的擴展一直面臨一個看似不起眼但卻讓人頭痛的障礙：電纜。麻省理工學院林肯實驗室的研究人員開發出一種新型的靈活低温電纜，旨在解決量子系統開發中的一個持久工程難題——如何在不超過熱負載或物理空間的情況下，可靠地傳遞低噪音的電信號進出稀釋冷卻器。
量子系統中的電纜瓶頸量子處理器必須在接近絕對零度的低温下運行，通常低於 20 毫開爾文，以維持量子比特的相干性。每根進入稀釋冷卻器的電纜都帶來熱負載——從室温經過各個冷卻階段所傳導的熱量。隨著量子比特數量增長到數百或數千，控制和讀取線的數量也相應增加，傳統剛性同軸電纜的累計熱洩漏可能超過冷卻器的冷卻階段所能處理的範圍。剛性電纜在低温下也會引入機械應力，因為不同材料之間的熱膨脹差異可能導致疲勞、間歇性接觸故障或在反覆的熱循環中出現斷裂。
熱負載和機械脆弱性相結合，使得電纜成為量子硬件開發中一個鮮少討論但實際上非常困難的限制因素。
靈活電纜架構與材料的解決方案林肯實驗室團隊的方案著重於使用專門為低温靈活性而選擇的材料和幾何形狀構建電纜。根據研究，這些電纜設計為在低温下仍保持柔韌，而不會變得脆弱，這是許多聚合物絕緣電纜在低於 77 開爾文時的常見行為。在毫開爾文温度下實現柔韌性需要仔細選擇材料。許多標準電纜絕緣材料，包括常見的氟聚合物，隨著温度的降低會變得相當僵硬，使得在稀釋冷卻器的緊湊多階幾何形狀內布線和安裝變得困難。
團隊的設計旨在同時實現降低電纜長度上的熱導率和保持機械合規性——這兩個性能並不容易同時優化。降低熱導率部分是通過選擇導體材料和電纜幾何形狀來實現的。不銹鋼和銅鎳合金在低温微波電纜中是常見選擇，因為它們的熱導率低於銅，從而限制熱洩漏，儘管這會導致較高的電阻。林肯實驗室的電纜似乎在延續這一理念的同時，解決了剛性同軸電纜無法滿足的靈活性限制。
靈活電纜提升量子系統的整體性能
與多量子比特控制系統的整合此項工作的實際目標是需要密集、有組織的布線系統的量子系統。一個擁有 1,000 個物理量子比特的系統，當分別計算控制、讀取和通量偏置通道時，可能需要幾千條獨立信號線。在稀釋冷卻器的有限內部空間內安裝和整理如此多的剛性電纜，並同時保持每個温度階段的可接受熱性能，並非易事。靈活的電纜可以沿著彎曲路由、緊湊地捆綁，並在降温過程中無風險地安裝，將減少組裝時間並提高布線配置的可重複性——這對於任何嚴肅的製造或部署環境均為相關。
對於正在研發下一代量子處理器集成的工程師而言，電纜層是一個可以實現增量改進的領域，這些改進能直接轉化為系統級的可行性。…
