基于自旋的硅量子电子电路为量子计算提供了一个可扩展的平台。它们将半导体器件的可制造性与硅材料中自旋提供的长相干时间相结合。根据容错操作的需要，从当前的几个量子位设备发展到具有超过一百万个量子位的硅量子处理器，提出了几个独特的挑战。最苛刻的要求之一是能够为大规模量子位控制提供微波信号。
新南威尔士大学电气工程与电信学院的教员 Jarryd Pla 博士说： “到目前为止，控制电子自旋量子位依赖于我们通过将电流通过量子位旁边的电线来传递微波磁场。”
“如果我们想要扩展到量子计算机解决全球重大问题（例如新疫苗的设计）所需的数百万个量子位，这将带来一些真正的挑战。”
“首先，磁场会随着距离的增加而迅速衰减，所以我们只能控制那些离导线最近的量子位。这意味着随着我们引入越来越多的量子比特，我们需要添加越来越多的电线，这将占用芯片上的大量空间。”
“而且由于芯片必须在低于 -270°C 的低温下运行，因此引入更多的导线会在芯片中产生过多的热量，从而干扰量子位的可靠性。所以我们回到只能用这种布线技术控制几个量子位。”
完全重新构想硅芯片结构是解决问题的方法。科学家们首先移除了量子位旁边的电线。然后，他们应用了一种新颖的方法在整个系统中传递微波频率磁控制场。这种方法可以提供多达 400 万个量子位的控制场。
科学家们添加了他们新开发的组件，称为晶体棱镜，称为介电谐振器。当微波进入谐振器时，它会将微波的波长聚焦到更小的尺寸。
Pla 博士说： “介电谐振器将波长缩小到一毫米以下，因此我们现在可以非常有效地将微波功率转换为控制所有量子位自旋的磁场。”
“这里有两个关键创新。首先，我们不必投入大量能量来为量子位提供强大的驱动场，这意味着我们不会产生太多热量。第二个是整个芯片的场非常均匀，因此数百万个量子位都经历了相同的控制水平。”
新南威尔士大学 Scientia 教授 Andrew Dzurak说：“当实验证明成功时， 我们欣喜若狂。如何控制数百万个量子比特的问题一直困扰着我很长时间，因为它是构建全尺寸量子计算机的主要障碍。”
科学家们正计划使用这项技术来简化以硅材料为基础的量子处理器的设计。
