澳大利亚研究人员设计了一种新型量子比特——量子比特的构建模块- 他们说最终将有可能制造出真正的大规模。
从广义上讲，目前制造量子计算机的方法有很多种。 有些占用的空间较小，但往往非常复杂。 其他的则更简单，但如果你想让它扩大规模，你将需要推倒几堵墙。
捕获量子位的一些经过验证的真实方法是使用标准原子驯服技术例如离子陷阱和光镊，它们可以将粒子保持足够长的时间，以便分析其量子态。
其他人使用电路由超导材料制成检测极其光滑的电流中的量子叠加。
这类系统的优点是它们以现有技术和设备为基础，使其相对便宜且易于组装。
成本是空间——这项技术可能适用于相对较少数量的量子位，但当你看到数百或数千个量子位连接到计算机时，规模很快就变得不可行。
由于原子核和电子中的信息都被编码，被称为“触发器量子位”的新型硅量子位可以通过电信号而不是磁信号来控制。 这意味着它可以保持量子比以往任何时候都更远的距离，使其更便宜且更容易构建可扩展的计算机。
“如果它们太近或太远，量子位之间的‘纠缠’就不会发生，而这正是量子计算机如此特别的原因。”提出新量子比特的研究人员 Guilherme Tosi 说道，来自澳大利亚新南威尔士大学。
触发器量子位将位于这两个极端之间的最佳点，提供真正的跨越数百纳米的距离。
换句话说，这可能正是我们一直在等待的使基于硅的量子计算机具有可扩展性的东西。
需要明确的是，到目前为止我们只有该设备的蓝图——它还没有构建出来。 但根据团队负责人 Andrea Morello 的说法，该领域的发展与技术一样重要。他 1998 年发表的开创性论文自然布鲁斯·凯恩 (Bruce Kane) 开创了硅技术移动。
“就像凯恩的论文一样，这是一个理论，一个提议 - 量子位尚未构建，”莫雷洛说。 “我们有一些初步的实验数据表明它是完全可行的，因此我们正在努力充分证明这一点。但我认为这与凯恩的原始论文一样有远见。”
触发器量子位的工作原理是对植入硅芯片内并与电极图案连接的磷原子的电子和原子核上的信息进行编码。 然后整个物体被冷却到接近绝对零并沐浴在磁场中。
然后，量子位的值由称为自旋的二元属性的组合确定 - 如果电子的自旋为“向上”，而原子核的自旋为“向下”，则量子位代表的总值为 1。反之，则为 0。
这就使得自旋态的叠加可以用于量子运算。
在触发器中，研究人员能够使用电场而不是磁信号来控制量子位，这有两个优点。 它更容易与普通电子电路集成，最重要的是，这也意味着量子位可以在更远的距离上进行通信。
“为了操作这个量子位，你需要使用顶部的电极将电子拉离原子核一点点。通过这样做，你还创建了一个电偶极子，”托西说。
“这就是关键点”莫雷洛补充道。 “这些电偶极子在相当长的距离（几分之一微米或 1,000 纳米）内相互作用。”
“这意味着我们现在可以将单原子量子位放置得比以前想象的更远。因此有足够的空间来散布关键的经典组件，例如互连、控制电极和读出设备，同时保留精确的类原子性质量子比特。”
“它比原子级设备更容易制造，但仍然允许我们在一平方毫米上放置一百万个量子位。”
这种新的触发器量子位意味着一种平衡，可以使未来的量子计算机变得更小并且可能价格实惠。
“这是一个出色的设计，就像许多这样的概念飞跃一样，令人惊讶的是以前没有人想到过它，”莫雷洛说。
该研究发表于自然通讯。
新南威尔士大学工程学院是 ScienceAlert 的赞助商。 了解更多关于他们改变世界的研究。
