最新发表于《自然》杂志的一项研究显示，荷兰代尔夫特理工大学研究团队在硅量子芯片上实现“移动量子比特”之间的量子逻辑运算，并进一步完成芯片内部的量子隐形传态。这意味着，原本固定不动的量子比特如今能够像信息“快递员”一样在芯片中移动并交换信息，这为未来构建大规模、可扩展量子计算机提供了新思路。
移动式自旋量子比特和基于穿梭的架构。
图片来源：《自然》杂志
量子计算机实现大规模实用化一直卡在一个关键难题上：量子比特之间很难灵活、高效地“沟通”。传统量子芯片中的量子比特通常被固定在特定位置，只能与附近的“邻居”发生相互作用。这种限制使得量子芯片一旦规模扩大，信息传输就会变得异常复杂。
此次团队提出了一种类似“传送带”的新方案，其被称为“传送带模式穿梭”，即利用移动电场，在硅芯片中运输电子。由于电子自旋本身就能充当量子比特，因此他们实际上是在“搬运”量子信息。
实验所使用的是一种具有线性量子点阵列的硅器件。量子点可理解为能困住单个电子的微型“电子陷阱”。团队先将两个电子分别放置在芯片两端，再通过精确控制金属栅极电压，在芯片内部形成移动的电势区域，将电子缓缓送向中央。
当两个电子足够接近时，它们的量子态便会相互耦合，从而完成双量子比特运算。之后，再反向施加电信号，把电子送回原位读取结果。整个过程就像两名携带信息的“信使”在芯片中央会面、交换信息后再各自返回。
在第二个实验中，团队还演示了量子隐形传态。他们先让两个电子形成量子纠缠，即建立一种无论距离多远都能保持关联的量子连接，随后再借助这对纠缠电子，将第三个量子比特的状态“传送”到芯片另一端的电子上。
这种“移动量子比特”架构有望成为未来大规模半导体量子处理器的重要基础。理论上还能兼容现有芯片工业的生产工艺，为未来量子芯片的大规模制造铺路。不过，距离实现真正实用的量子计算机仍有很长的路要走，包括量子态稳定性、误差控制以及大规模集成等问题，依旧是该领域需要攻克的挑战。
（来源：科技日报 记者：张佳欣）
发表评论 取消回复