澳大利亞研究人員最近展示了一種新型量子比特的操作，稱為“觸發(fā)器”量子比特，它結(jié)合了單個(gè)原子的精巧量子特性和普通電腦芯片電信號(hào)的易控性。研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
托管“觸發(fā)器”量子位的硅納米電子設(shè)備的草圖。核自旋（橙色的n）和電子自旋（藍(lán)色的e）相互翻轉(zhuǎn)，始終指向相反的方向。
圖片來(lái)源：新南威爾士大學(xué)
新南威爾士大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在世界上率先證明，電子的自旋以及硅中單個(gè)磷原子的核自旋可用作量子比特。雖然兩個(gè)量子比特本身都表現(xiàn)得非常好，但它們的運(yùn)行需要振蕩磁場(chǎng)。而磁場(chǎng)很難在單個(gè)量子計(jì)算機(jī)組件的典型納米尺度上定位。
團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，將量子比特定義為電子和原子核的上下/上下組合方向，將允許僅使用電場(chǎng)來(lái)控制這樣的量子位。這個(gè)新的量子比特被稱為“觸發(fā)器”，因?yàn)樗蓪儆谕辉拥膬蓚€(gè)自旋（電子自旋和核自旋）組成，條件是它們總是指向相反的方向。
例如，如果“0”狀態(tài)是電子向下/原子核向上，“1”狀態(tài)是電子向上/原子核向下，那么從“0”變?yōu)椤?”意味著電子“翻轉(zhuǎn)向上”，原子核“翻轉(zhuǎn)向下”。
該理論預(yù)測(cè)，通過(guò)相對(duì)于原子核置換電子，可對(duì)觸發(fā)器量子比特的任意量子態(tài)進(jìn)行編程。新研究以完美的準(zhǔn)確性證實(shí)了這一預(yù)測(cè)。
最重要的是，這種電子位移是通過(guò)向小金屬電極施加電壓而不是用振蕩磁場(chǎng)照射芯片來(lái)獲得的。其更類似于傳統(tǒng)硅計(jì)算機(jī)中通常路由的電信號(hào)類型芯片。
通過(guò)從原子核中置換電子來(lái)對(duì)觸發(fā)器量子比特進(jìn)行電氣控制，會(huì)伴隨一個(gè)非常重要的現(xiàn)象：當(dāng)負(fù)電荷（電子）遠(yuǎn)離正電荷（原子核）時(shí)，會(huì)形成電偶極子；將兩個(gè)（或更多）電偶極子彼此靠近放置會(huì)在它們之間產(chǎn)生強(qiáng)電耦合。這就可調(diào)制執(zhí)行多量子比特邏輯運(yùn)算。
這些電偶極子不需要相互接觸但又相互影響。理論研究表明，200納米是快速和高保真量子操作的最佳距離。研究人員稱，這可能是一個(gè)改變游戲規(guī)則的進(jìn)展，其足以允許在量子比特間插入各種控制和讀出設(shè)備，使處理器更容易連接和操作。
