研究人员找到创建稳定量子比特的候选方案

量子计算机有着非常广泛的应用场景，包括创造新材料、解决数学难题等等。虽然全球诸多实验室都在推进量子计算，但仍面临非常大的挑战。其中一个核心问题就是构建稳定的量子比特（qubit），这是量子计算的基本单位。近日发表在《Nature Materials》期刊上的一项研究，为创建可靠的量子比特找到了新的候选方案。

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该项目由奥地利科学技术研究所 Katsaros 小组的 Daniel Jirovec 教授领导，并和意大利科莫的 L-NESS 跨大学中心的科研人员进行了紧密合作。研究人员利用空洞（holes）的自旋创造了这个量子位。每个空洞只是固体材料中一个电子的缺失。令人惊讶的是，一个缺失的带负电的粒子在物理上可以被当作一个带正电的粒子对待。当一个邻近的电子填补了这个洞时，它甚至可以在固体中移动。因此，实际上被描述为带正电的粒子的空洞正在向前移动。

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这些空洞甚至带有自旋的量子力学特性，如果它们彼此靠近，可以相互作用。Jirovec 解释说：“我们在L-NESS的同事将几种不同的硅和锗的混合物层叠在一起，厚度只有几纳米。这使我们能够将空洞限制在中间的富锗层上。在顶部，我们添加了微小的电线--所谓的门（gates）--通过向它们施加电压来控制空洞的移动。带正电的空洞对电压有反应，可以在其层内极其精确地移动”。

利用这种纳米级的控制，科学家们将两个空洞移到彼此附近，用它们的相互作用的自旋创造出一个四比特。但是为了使其发挥作用，他们需要对整个装置施加一个磁场。在这里，他们的创新方法发挥了作用。

在他们的装置中，Jirovec 和他的同事们不仅可以移动空洞，还可以改变它们的属性。通过设计不同空洞的属性，他们用不到10毫特斯拉的磁场强度，从两个相互作用的孔的旋转中创造了量子比特。与其他类似的量子比特设置相比，这是一个微弱的磁场，它们采用的是至少十倍的强磁场。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-01022-2

相关阅读：https://phys.org/news/2021-06-quantum-holes.html

天蓝色3230	2021-06-07 23:15
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