兩個空穴自旋量子比特間作用實現可控  

有助在單芯片上集成數百萬個量子計算單位

瑞士巴塞爾大學和瑞士國家科研能力中心科學家，首次在傳統硅晶體管內實現了兩個空穴自旋量子比特之間的可控相互作用。這一最新突破為使用成熟的硅制造工藝，在單個芯片上集成數百萬個此類量子比特奠定了基礎。相關論文發表在最新一期《自然·物理學》雜志上。

科學家正加速構建實用量子計算機，并研究各種各樣的量子比特技術。然而，對于哪種類型的量子比特最適合發揮量子技術的最大潛力，科學家目前還沒有達成共識。量子比特是量子計算機的基礎，它們必須可靠地存儲且快速處理信息。這就要求量子比特之間具有穩定且快速的相互作用。此外，為使量子計算機具有實用性，必須在一個芯片上集成數百萬個量子比特，但當前最先進的量子計算機只有數百個量子比特。

為解決成千上萬個量子比特的排列和連接問題，瑞士研究團隊另辟蹊徑，使用電子（空穴）自旋作為量子比特。空穴本質上是半導體內缺失一個電子留下的“電洞”。空穴和電子都有自旋，可采用向上或向下兩種狀態之一作為量子比特。與電子自旋相比，空穴自旋可以完全由電控制，無需在芯片上添加微磁體等額外組件。

早在2022年，巴塞爾大學物理學家就捕獲了“鰭場效應晶體管”內的空穴自旋，并用作量子比特。現在，由安德烈亞斯·庫爾曼博士領導的團隊，首次成功控制了硅晶體管內兩個此類量子比特間的相互作用。

庫爾曼介紹說，在最新研究中，他們能夠耦合兩個空穴量子比特，并根據一個空穴自旋狀態，讓另一個自旋受控翻轉，從而創建出兩個既快速又高保真的“量子門”。量子門指量子比特之間的耦合操作，量子計算機需要“量子門”執行計算。基于空穴自旋的量子比特不僅利用了硅芯片制造技術，且具有高度的可擴展性，有望推動大規模量子計算機的開發。（記者劉霞）