电气可切换的量子比特可以在存储和快速计算模式之间进行调整

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电气可切换的量子比特可以在存储和快速计算模式之间进行调整

为了执行计算,量子计算机需要量子位来充当处理和存储信息的基本构件。现在,物理学家产生了一种新型的量子比特,可以从稳定的空闲模式切换到快速计算模式。正如巴塞尔大学和埃因霍温大学的研究人员在《自然纳米技术》杂志上报道的那样,该概念还将允许将大量量子比特组合成功能强大的量子计算机。

与传统位相比,量子位(qubit)更加脆弱,并且会很快丢失其信息内容。因此,量子计算面临的挑战是在较长的时间内保持敏感的量子位稳定,同时寻找执行快速量子运算的方法。现在,巴塞尔大学和埃因霍温大学的物理学家开发了一种可切换的量子比特,该量子比特应允许量子计算机同时完成这两项工作。

新型的量子比特具有稳定但缓慢的状态,适合存储量子信息。然而,研究人员还能够通过施加电压将量子比特转换为更快但不稳定的操纵模式。在这种状态下,量子位可用于快速处理信息。

各个自旋的选择性偶联

在他们的实验中,研究人员以“空穴自旋”的形式创建了量子比特。这些是在有意从半导体中除去电子时形成的,并且产生的空穴具有自旋,可以采用上下两种状态,类似于经典位中的值0和1。在新型的量子比特中,这些自旋可以通过调节其共振频率,例如通过光子,选择性地耦合到其他自旋。

此功能至关重要,因为构建功能强大的量子计算机需要选择性控制和互连许多单个量子位的能力。为了减少量子计算中的错误率,可伸缩性特别必要。

超快速旋转操作

研究人员还能够使用电子开关以创纪录的速度操纵自旋量子位。巴塞尔大学物理系的项目负责人多米尼克·祖姆布尔(DominikZumbühl)教授说:“自旋可以在短至一纳秒的范围内从上到下连续地翻转。” “这将允许每秒多达十亿个开关。因此,自旋量子位技术已经接近当今常规计算机的时钟速度。”

对于他们的实验,研究人员使用了由硅和锗制成的半导体纳米线。这条线是在埃因霍温理工大学生产的,直径很小,约为20纳米。由于量子比特也因此非常小,因此原则上应该可以将数百万甚至数十亿个这些量子比特合并到芯片上。


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