澳洲研究人員設計了一種新型量子位元－量子位元的建構模組量子電腦- 他們說最終將有可能製造出真正的大規模和電腦一樣多。
從廣義上講，目前製造量子電腦的方法有很多種。有些佔用的空間較小，但往往非常複雜。其他的則更簡單，但如果你想讓它擴大規模，你將需要推倒幾堵牆。
捕獲量子位元的一些經過驗證的真實方法是使用標準原子馴服技術例如離子阱和光鑷，它們可以將粒子保持足夠長的時間，以便分析其量子態。
其他人使用電路由超導材料製成檢測極其光滑的電流中的量子疊加。
這類系統的優點是它們以現有技術和設備為基礎，使其相對便宜且易於組裝。
成本是空間——這項技術可能適用於相對較少數量的量子位，但當你看到數百或數千個量子位元連接到電腦時，規模很快就變得不可行。
由於原子核和電子中的信息都被編碼，被稱為「觸發器量子位元」的新型矽量子位元可以透過電訊號而不是磁訊號來控制。這意味著它可以保持量子糾纏比以往任何時候都更遠的距離，使其更便宜且更容易建立可擴展的電腦。
“如果它們太近或太遠，量子位元之間的‘糾纏’就不會發生，而這正是量子計算機如此特別的原因。”提出新量子位元的研究人員 Guilherme Tosi 說道，來自澳洲新南威爾斯大學。
觸發器量子位元將位於這兩個極端之間的最佳點，提供真正的量子糾纏跨越數百奈米的距離。
換句話說，這可能正是我們一直在等待的使基於矽的量子電腦具有可擴展性的東西。
需要明確的是，到目前為止我們只有該設備的藍圖——它還沒有建造。但根據團隊負責人 Andrea Morello 的說法，該領域的發展與技術一樣重要。他 1998 年發表的開創性論文自然布魯斯凱恩 (Bruce Kane) 開創了矽技術量子計算移動。
“就像凱恩的論文一樣，這是一個理論，一個提議 - 量子位尚未構建，”莫雷洛說。 “我們有一些初步的實驗數據表明它是完全可行的，因此我們正在努力充分證明這一點。但我認為這與凱恩的原始論文一樣有遠見。”
觸發器量子位元的工作原理是對植入矽晶片內並與電極圖案連接的磷原子的電子和原子核上的信息進行編碼。然後整個物體被冷卻到接近絕對零度並沐浴在磁場中。
然後，量子位元的值由稱為自旋的二元屬性的組合確定- 如果電子的自旋為“向上”，而原子核的自旋為“向下”，則量子位元代表的總值為1。反之，則為0。
這就使得自旋態的疊加可以用在量子運算。
在觸發器中，研究人員能夠使用電場而不是磁性訊號來控制量子位，這有兩個優點。它更容易與普通電子電路集成，最重要的是，這也意味著量子位元可以在更遠的距離上進行通訊。
“為了操作這個量子位，你需要使用頂部的電極將電子拉離原子核一點點。通過這樣做，你還創建了一個電偶極子，”托西說。
“這就是關鍵點”莫雷洛補充道。 “這些電偶極子在相當長的距離（幾分之一微米或 1,000 奈米）內相互作用。”
「這意味著我們現在可以將單原子量子位元放置得比以前想像的更遠。因此有足夠的空間來散佈關鍵的經典組件，例如互連、控制電極和讀出設備，同時保留精確的類原子性質量子比特。
“它比原子級設備更容易製造，但仍然允許我們在一平方毫米上放置一百萬個量子位元。”
這種新的觸發器量子位元意味著一種平衡，可以使未來的量子電腦變得更小並且可能價格實惠。
“這是一個出色的設計，就像許多這樣的概念飛躍一樣，令人驚訝的是以前沒有人想到過它，”莫雷洛說。
該研究發表於自然通訊。
新南威爾斯大學工程學院是 ScienceAlert 的贊助商。了解更多關於他們改變世界的研究。
