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)合了單個原子的精巧量子特性和普通電腦芯片電信號的易控性。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磷原子的核自旋可用作量子比特。雖然兩個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。而磁場很難在單個量子計(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，將允許僅使用電場來控制這樣的量子位。這個新的量子比特被稱為“觸發(fā)器”，因?yàn)樗蓪儆谕辉拥膬蓚€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，通過相對于原子核置換電子，可對觸發(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。

最重要的是，這種電子位移是通過向小金屬電極施加電壓而不是用振蕩磁場照射芯片來獲得的。其更類似于傳統(tǒng)硅計(jì)算機(jī)中通常路由的電信號類型芯片。

通過從原子核中置換電子來對觸發(fā)器量子比特進(jìn)行電氣控制，會伴隨一個非常重要的現(xiàn)象：當(dāng)負(fù)電荷（電子）遠(yuǎn)離正電荷（原子核）時(shí)，會形成電偶極子；將兩個（或更多）電偶極子彼此靠近放置會在它們之間產(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。