空穴法,有助于量子比特穩(wěn)定運(yùn)行

陳根
量子比特(Qubit)是量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位,類似于經(jīng)典計(jì)算過程中的比特。目前,較為流行的制造量子比特的一種方法,就是利用電子的“自旋”特性(可以指向上方或下方)。

最近,科學(xué)家利用量子空穴法破解了量子比特穩(wěn)定運(yùn)行的問題,這將對(duì)構(gòu)建穩(wěn)定的量子比特陣列及量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展起著重要作用。

量子比特(Qubit)是量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位,類似于經(jīng)典計(jì)算過程中的比特。目前,較為流行的制造量子比特的一種方法,就是利用電子的“自旋”特性(可以指向上方或下方)。

但是,量子運(yùn)行的不穩(wěn)定性一直困擾著科學(xué)界,這也讓量子技術(shù)達(dá)不到投入量產(chǎn)的成熟狀態(tài)。之前,學(xué)界一直認(rèn)為制造量子比特的一種方法是利用電子的自旋,而為了使量子計(jì)算機(jī)盡可能的快速運(yùn)轉(zhuǎn)和節(jié)約能耗,往往操作它們的是普通電極的電場(chǎng)。

雖然自旋一般情況下不會(huì)與電場(chǎng)直接進(jìn)行相互作用,但在一些材料中,自旋會(huì)與電場(chǎng)進(jìn)行間接相互作用,這一現(xiàn)象被稱為“自旋軌道相互作用”。當(dāng)這種相互作用很強(qiáng)時(shí),任何運(yùn)行速度的提高都會(huì)被認(rèn)為被相干性的損失所抵消。

也就是說,如果電子與實(shí)驗(yàn)室中施加的電場(chǎng)進(jìn)行相互作用,那么在波動(dòng)的電場(chǎng)(通常稱為“噪聲”)中,這些電子上的量子信息就會(huì)被破壞掉。然而,最新的研究表明,使用“空穴法”這種擔(dān)心是不必要的。

近日,澳大利亞研究委員會(huì)未來(lái)低能電子技術(shù)卓越中心(FLEET)、量子計(jì)算與通信技術(shù)卓越中心(ARC Center)、以及不列顛哥倫比亞大學(xué)的研究人員通過孔優(yōu)化操作,在操作速度和信息一致性方面取得權(quán)衡,進(jìn)而擴(kuò)大微型量子計(jì)算機(jī)中的量子比特規(guī)模。

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“空穴”可以被視為去掉一個(gè)電子,其行為類似于帶正電的電子。以此方式,可以使量子比特變得堅(jiān)固,從而能夠抵抗源自固體本底的電荷波動(dòng)。另外,量子比特對(duì)噪聲最不敏感的“最佳位置”,也是它達(dá)到最快運(yùn)行速度的位置,這也就意味著這個(gè)位置上的量子信息可以被最長(zhǎng)時(shí)間的保留。

量子比特對(duì)這種噪聲最不敏感的點(diǎn),也是它能夠以最快速度運(yùn)行的關(guān)鍵。通過這種方式,量子比特在面對(duì)源自固體背景的電荷波動(dòng)時(shí),具有不錯(cuò)的魯棒性。這一理論對(duì)于構(gòu)建穩(wěn)定的比特陣列以及發(fā)展微型量子計(jì)算機(jī)提供了重要策略。

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