新型“觸發(fā)器”量子比特問(wèn)世

  ICC訊 澳大利亞研究人員最近展示了一種新型量子比特的操作，稱(chēng)為“觸發(fā)器”量子比特，它結合了單個(gè)原子的精巧量子特性和普通電腦芯片電信號的易控性。研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

  新南威爾士大學(xué)研究團隊在世界上率先證明，電子的自旋以及硅中單個(gè)磷原子的核自旋可用作量子比特。雖然兩個(gè)量子比特本身都表現得非常好，但它們的運行需要振蕩磁場(chǎng)。而磁場(chǎng)很難在單個(gè)量子計算機組件的典型納米尺度上定位。

  團隊意識到，將量子比特定義為電子和原子核的上/下組合方向，將允許僅使用電場(chǎng)來(lái)控制這樣的量子位。這個(gè)新的量子比特被稱(chēng)為“觸發(fā)器”，因為它由屬于同一原子的兩個(gè)自旋（電子自旋和核自旋）組成，條件是它們總是指向相反的方向。

  該理論預測，通過(guò)相對于原子核置換電子，可對觸發(fā)器量子比特的任意量子態(tài)進(jìn)行編程。新研究以完美的準確性證實(shí)了這一預測。

  最重要的是，這種電子位移是通過(guò)向小金屬電極施加電壓而不是用振蕩磁場(chǎng)照射芯片來(lái)獲得的。其更類(lèi)似于傳統硅計算機中通常路由的電信號類(lèi)型芯片。

  通過(guò)從原子核中置換電子來(lái)對觸發(fā)器量子比特進(jìn)行電氣控制，會(huì )伴隨一個(gè)非常重要的現象：當負電荷（電子）遠離正電荷（原子核）時(shí)，會(huì )形成電偶極子；將兩個(gè)（或更多）電偶極子彼此靠近放置會(huì )在它們之間產(chǎn)生強電耦合。這就可調制執行多量子比特邏輯運算。

  這些電偶極子不需要相互接觸但又相互影響。理論研究表明，200納米是快速和高保真量子操作的最佳距離。研究人員稱(chēng)，這可能是一個(gè)改變游戲規則的進(jìn)展，其足以允許在量子比特間插入各種控制和讀出設備，使處理器更容易連接和操作。

  【總編輯圈點(diǎn)】

  近年來(lái)，量子通信領(lǐng)域的大進(jìn)展和小進(jìn)步不斷，只是大多成果仍處在實(shí)驗室階段，離百姓生活還有距離。不過(guò)，要有耐心：人工智能領(lǐng)域在沉淀多年之后，推出了ChatGPT這樣大受用戶(hù)歡迎、震驚整個(gè)科技界的里程碑式應用。在不遠的將來(lái)，量子通信領(lǐng)域會(huì )不會(huì )也醞釀出類(lèi)似的“殺手锏”級應用，讓看似玄妙難懂、遙不可及的量子比特飛入尋常百姓家？這是很有可能的。