这种新颖的设备可以带来更通用、输出更清晰的量子处理器。
如果你无法读取计算机的输出，那么再强大的计算机又有什么用呢？或者随时重新编程让它做不同的工作?设计量子计算机的人面临着这些挑战，而一种新设备可能会使这些挑战更容易解决。
这张照片显示了该设备的中心工作区域。在下图中，三个大矩形(浅蓝色)分别代表左右两个量子比特，以及中间的谐振器。在上面放大的部分，驱动微波通过天线(底部深蓝色大矩形)在SQUID环路(中间较小的白色正方形，其边长约为20微米)中产生磁场。磁场激活拨动开关。微波的频率和大小决定了量子位和谐振器之间的开关位置和连接强度。
该设备由美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的科学家推出，包括两个超导量子比特，即量子比特，它们是量子计算机对经典计算机处理芯片中逻辑位的模拟。这种新策略的核心依赖于一个“切换开关”设备，该设备将量子位连接到一个称为“读出谐振器”的电路，该电路可以读取量子比特计算的输出。
这个拨动开关可以翻转到不同的状态，用来调整量子比特和读出谐振器之间的连接强度。当关闭时，这三个元素之间彼此隔离。当开关打开连接两个量子比特时，它们可以相互作用并进行计算。一旦计算完成，拨动开关可以连接量子比特和读出谐振器中的任何一个来检索结果。
有一个可编程的拨动开关可以大大降低噪音，这是量子计算机电路中的一个常见问题，噪音使得量子比特很难进行计算并清楚地显示其结果。
NIST 物理学家、该论文的作者之一Ray Simmonds表示：“我们的目标是让量子比特保持活性，以便它们能够不受干扰地进行计算，同时能够在我们想要的时候读出它们。” “这种设备架构有助于保护量子比特，并有望提高我们进行用量子比特构建量子信息处理器所需的高保真测量的能力。”
该团队还包括来自马萨诸塞州洛厄尔大学、科罗拉多大学博尔德分校和雷神 BBN 技术公司的科学家，他们在《自然物理学》上发表了一篇论文中描述其研究结果。
量子计算机仍处于发展的初级阶段，它将利用量子力学的奇异特性来完成即使是最强大的经典计算机也难以完成的工作，例如通过对化学相互作用进行复杂的模拟来帮助开发新药。
然而，量子计算机设计者仍然面临许多问题。其中问题之一是量子电路会受到外部甚至内部噪音的干扰，这些噪音是由制造计算机的材料的缺陷引起的。这种噪音本质上是随机行为，可能会在量子比特计算中产生错误。
如今的量子比特本身就有噪音，但这并不是唯一的问题。许多量子计算机设计都有所谓的静态架构，处理器中的每个量子比特都与它的“邻居”和它的读出共振器有物理连接。将量子比特连接在一起并与它们的读出器相连的制造线路会使它们暴露在更多的噪音中。
这种静态架构还有另一个缺点：它们不能轻易地重新编程。静态架构的量子比特可以完成一些相关的工作，但为了让计算机执行更广泛的任务，就需要换上一个不同的处理器设计、采用不同的量子比特组织或布局。（想象一下，每次需要使用不同的软件时都需要更换笔记本电脑中的芯片，然后让芯片需要保持在绝对零以上一点点，你就会明白为什么这可能会带来不便。）
该团队的可编程拨动开关避免了这两个问题。首先，它可以防止电路噪音通过读出谐振器进入系统，并防止量子比特在本应安静的情况下相互“交谈”。
“这减少了量子计算机中的一个关键噪音源，”Simmonds说。
其次，元件之间开关的打开和关闭是通过从远处发送的一系列微波脉冲来控制的，而不是通过静态架构的物理连接。集成更多这些拨动开关可能是更容易编程的量子计算机的基础。微波脉冲还可以设置逻辑操作的顺序和次序，这意味着用团队的许多切换开关构建的芯片，可以被指示执行任意数量的任务。
“这使得芯片可编程，”Simmonds说。 “你可以通过软件进行更改，而不是在芯片上拥有完全固定的架构。”
最后一个好处是拨动开关还可以同时打开两个量子比特的测量。这种要求两个量子比特显示成对状态的能力对于追踪量子计算误差非常重要。
该演示中的量子比特以及拨动开关和读出电路均由超导组件制成，这些元件可以无电阻导电，必须在极低的温度下工作。拨动开关本身由超导量子干涉装置或“SQUID”制成，该装置对通过其回路的磁场非常敏感。当需要时，通过附近的天线环路驱动微波电流可以诱导量子比特和读出谐振器之间的相互作用。
目前，该团队只使用了两个量子比特和一个读出谐振器，但Simmonds表示，他们正在准备一个使用三个量子比特和一个读取谐振器的设计，他们还计划添加更多量子比特与谐振器。进一步的研究可以深入了解如何将这些设备串在一起，从而有可能构建出一种功能强大的量子计算机，使该计算机具有足够的量子位来解决目前无法解决的各种问题。
