两个空穴自旋量子比特间作用(yòng)实现可(kě)控  

有(yǒu)助在单芯片上集成数百万个量子计算单位

瑞士巴塞尔大學(xué)和瑞士國(guó)家科(kē)研能(néng)力中心科(kē)學(xué)家，首次在传统硅晶體(tǐ)管内实现了两个空穴自旋量子比特之间的可(kě)控相互作用(yòng)。这一最新(xīn)突破為(wèi)使用(yòng)成熟的硅制造工艺，在单个芯片上集成数百万个此类量子比特奠定了基础。相关论文(wén)发表在最新(xīn)一期《自然·物(wù)理(lǐ)學(xué)》杂志(zhì)上。

科(kē)學(xué)家正加速构建实用(yòng)量子计算机，并研究各种各样的量子比特技术。然而，对于哪种类型的量子比特最适合发挥量子技术的最大潜力，科(kē)學(xué)家目前还没有(yǒu)达成共识。量子比特是量子计算机的基础，它们必须可(kě)靠地存储且快速处理(lǐ)信息。这就要求量子比特之间具有(yǒu)稳定且快速的相互作用(yòng)。此外，為(wèi)使量子计算机具有(yǒu)实用(yòng)性，必须在一个芯片上集成数百万个量子比特，但当前最先进的量子计算机只有(yǒu)数百个量子比特。

為(wèi)解决成千上万个量子比特的排列和连接问题，瑞士研究团队另辟蹊径，使用(yòng)電(diàn)子（空穴）自旋作為(wèi)量子比特。空穴本质上是半导體(tǐ)内缺失一个電(diàn)子留下的“電(diàn)洞”。空穴和電(diàn)子都有(yǒu)自旋，可(kě)采用(yòng)向上或向下两种状态之一作為(wèi)量子比特。与電(diàn)子自旋相比，空穴自旋可(kě)以完全由電(diàn)控制，无需在芯片上添加微磁體(tǐ)等额外组件。

早在2022年，巴塞尔大學(xué)物(wù)理(lǐ)學(xué)家就捕获了“鳍场效应晶體(tǐ)管”内的空穴自旋，并用(yòng)作量子比特。现在，由安德烈亚斯·库尔曼博士领导的团队，首次成功控制了硅晶體(tǐ)管内两个此类量子比特间的相互作用(yòng)。

库尔曼介绍说，在最新(xīn)研究中，他(tā)们能(néng)够耦合两个空穴量子比特，并根据一个空穴自旋状态，让另一个自旋受控翻转，从而创建出两个既快速又(yòu)高保真的“量子门”。量子门指量子比特之间的耦合操作，量子计算机需要“量子门”执行计算。基于空穴自旋的量子比特不仅利用(yòng)了硅芯片制造技术，且具有(yǒu)高度的可(kě)扩展性，有(yǒu)望推动大规模量子计算机的开发。（记者刘霞）