连接遥远的硅量子位以扩展量子计算机

在一项有望帮助扩展基于硅小点的量子计算机的演示中，RIKEN物理学家成功地连接了两个量子比特 - 量子信息的基本单位 - 它们在物理上彼此相距甚远。

许多大型IT公司(包括IBM，Google和Microsoft等)正在竞相开发量子计算机，其中一些已经证明了在某些类型的计算中大大优于传统计算机的能力。但是，开发商业上可行的量子计算机的最大挑战之一是将它们从一百个左右的量子比特扩展到数百万个量子比特的能力。

在技术方面，实现大规模量子计算的领跑者之一是直径几十纳米的硅量子点。一个关键的优点是它们可以使用现有的硅制造技术制造。但一个障碍是，虽然连接两个相邻的量子点很简单，但事实证明很难连接彼此相距很远的量子点。

“为了连接许多量子比特，我们必须将它们中的许多密集地塞进一个非常小的区域，”RIKEN新兴物质科学中心的Akito Noiri说。“而且很难使用电线来连接如此密集的量子比特。

现在，Noiri及其同事已经实现了物理上相距遥远的硅自旋量子比特之间的双量子比特逻辑门。

“虽然在这个领域使用各种方法做了很多工作，但这是第一次有人成功地展示了由两个遥远的量子比特形成的可靠逻辑门，”Noiri说。“该演示开辟了基于硅量子点扩展量子计算的可能性。

为了连接两个量子比特，该团队使用了一种称为相干自旋穿梭的方法，该方法允许单个自旋量子比特在量子点阵列上移动而不影响它们的相位相干性 - 这是量子计算机的重要属性，因为它携带信息。这种方法涉及通过施加电压将电子推入量子比特阵列。

虽然两个量子比特之间的物理分离相对较短，但Noiri相信它可以在未来的研究中扩展。“我们希望将分离度提高到大约一微米左右，”他说。“这将使该方法在将来使用时更加实用。