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近日，奧地利科學技術研究所（IST）領導的歐洲科學團隊成功構建了空穴自旋量子位。在弱磁場環境下，該量子位可高速操作並保持較長時間，將來有望造出結合半導體(ti) 和超導體(ti) 的新型量子計算機。
自旋量子位被認為(wei) 是構建量子處理器的最有希望的候選者之一，但仍需克服巨大的挑戰。其中的關(guan) 鍵是構建穩定的量子位，它是量子計算機的基本單元。
最近，該研究所的卡薩羅斯小組在意大利、德國和西班牙的團隊成員幫助下，通過一項實驗展示了他們(men) 如何控製固體(ti) 中一個(ge) 空穴自旋量子位，進而找到一種新的、有前途的量子位係統。相關(guan) 成果發表在近日的《自然·材料》雜誌上。
研究人員是在所謂空穴自旋的幫助下構建的量子位。電子空穴指的是在原子或原子晶格中，電子在可能存在的位置上出現空缺。由於(yu) 周圍電子可以填補這個(ge) 空穴，同時在原位置產(chan) 生一個(ge) 新的空穴，所以看起來就像是空穴在移動一樣。
論文第一作者、該研究所的達尼爾·吉羅維茨解釋說，我們(men) 意大利的同事將不同的矽和鍺層疊在一起，厚度僅(jin) 為(wei) 幾納米。這使我們(men) 能夠鎖定中間含鍺層的空穴。在表麵層，我們(men) 放置了稱為(wei) 門的細電線，通過施加電壓來控製空穴的運動。帶正電的空穴對電壓起反應，並且可以在鍺層內(nei) 極其精確地移動。
通過這種納米尺度的控製，研究人員使兩(liang) 個(ge) 空穴彼此靠近，以便從(cong) 它們(men) 相互作用的自旋中產(chan) 生一個(ge) 量子位。為(wei) 此他們(men) 創新了方法，將整個(ge) 實驗置於(yu) 磁場中。吉羅維茨和同事不僅(jin) 可以移動空穴，還可以改變它們(men) 的屬性。在不到10毫特斯拉的磁場強度下，從(cong) 兩(liang) 個(ge) 相互作用的空穴自旋中創建了量子位。與(yu) 其他類似的量子位相比，這是一個(ge) 很弱的磁場，後者一般需要至少強十倍的磁場。
這些空穴自旋量子位很有前景，高達每秒1億(yi) 次的處理速度和長達150微秒的壽命，使它們(men) 特別適合量子計算。通常研究人員必須在這些特性之間做出妥協，但現在這種新的設計將這兩(liang) 種優(you) 勢結合在一起。吉羅維茨說：“通過使用鍺層，可以降低所需的磁場強度，允許我們(men) 將量子位與(yu) 通常受到強磁場抑製的超導體(ti) 結合。”這使研究人員能夠構建結合半導體(ti) 和超導體(ti) 的新型量子計算機。
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