电场|陈根：空穴法，打造更高效量子计算机

文|陈根
【电场|陈根：空穴法，打造更高效量子计算机】量子比特(Qubit)是量子计算机系统中最小的数据存储单位，类似于经典计算过程中的比特。目前，较为流行的制造量子比特的一种方法，就是利用电子的“自旋”特性（可以指向上方或下方）。
但是，量子运行的不稳定性一直困扰着科学界，这也让量子技术达不到投入量产的成熟状态。之前，学界一直认为制造量子比特的一种方法是利用电子的自旋，而为了使量子计算机尽可能的快速运转和节约能耗，往往操作它们的是普通电极的电场。
虽然自旋一般情况下不会与电场直接进行相互作用，但在一些材料中，自旋会与电场进行间接相互作用，这一现象被称为“自旋轨道相互作用”。当这种相互作用很强时，任何运行速度的提高都会被认为被相干性的损失所抵消。
也就是说，如果电子与实验室中施加的电场进行相互作用，那么在波动的电场（通常称为“噪声”）中，这些电子上的量子信息就会被破坏掉。然而，最新的研究表明，使用“空穴法”这种担心是不必要的。
近日，澳大利亚研究委员会未来低能电子技术卓越中心（FLEET）、量子计算与通信技术卓越中心（ARC Center）、以及不列颠哥伦比亚大学的研究人员通过孔优化操作，在操作速度和信息一致性方面取得权衡，进而扩大微型量子计算机中的量子比特规模。

文章插图

“空穴”可以被视为去掉一个电子，其行为类似于带正电的电子。以此方式，可以使量子比特变得坚固，从而能够抵抗源自固体本底的电荷波动。另外，量子比特对噪声最不敏感的“最佳位置”，也是它达到最快运行速度的位置，这也就意味着这个位置上的量子信息可以被最长时间的保留。
量子比特对这种噪声最不敏感的点，也是它能够以最快速度运行的关键。通过这种方式，量子比特在面对源自固体背景的电荷波动时，具有不错的鲁棒性。这一理论对于构建稳定的比特阵列以及发展微型量子计算机提供了重要策略。