普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為量子計(jì)算中的硅基技術(shù)鋪平了道路，特別是作為量子比特——量子計(jì)算機(jī)的基本單位。

重要性：硅是一種天然豐富的元素，這就是為什么它存在于從沙子到計(jì)算機(jī)芯片的日常材料中。但是，盡管制造商可能希望從硅中構(gòu)建量子比特，但科學(xué)還沒(méi)有趕上。相反，一些大公司一直在構(gòu)建基于超導(dǎo)量子比特的計(jì)算機(jī)，這些量子比特的壽命不長(zhǎng)，而且體積非常大。硅量子位可以使用很長(zhǎng)時(shí)間，并且可能更容易大規(guī)模生產(chǎn)，但直到現(xiàn)在，硅量子位一直是一種失敗的技術(shù)。

普林斯頓大學(xué)物理系佩塔實(shí)驗(yàn)室的研究生、最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志。“對(duì)于硅來(lái)說(shuō)，這看起來(lái)是重要的一年。”

通過(guò)使用一種稱(chēng)為雙量子點(diǎn)的硅器件，Petta、Mills 和他們的團(tuán)隊(duì)成功地捕獲了兩個(gè)電子并迫使它們相互作用，從而實(shí)現(xiàn)了前所未有的保真度：超過(guò) 99.8%，與競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)取得的最佳結(jié)果相當(dāng)。(保真度是衡量量子比特執(zhí)行無(wú)錯(cuò)誤操作的能力的指標(biāo)，是尋求開(kāi)發(fā)實(shí)用且高效的量子計(jì)算的關(guān)鍵特征。)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子比特是計(jì)算機(jī)比特的量子版本，它是計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位。像它的經(jīng)典對(duì)應(yīng)物一樣，量子位被編碼的信息可以是 1 或 0。但與比特不同的是，量子比特利用了量子力學(xué)的概念，使量子計(jì)算機(jī)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有更大的優(yōu)勢(shì)，例如，分解非常大的數(shù)字或隔離問(wèn)題的最佳解決方案。

米爾斯說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，硅自旋量子位比其他量子位類(lèi)型具有優(yōu)勢(shì)。“每個(gè)系統(tǒng)都必須擴(kuò)展到許多量子比特，”他說(shuō)。“而現(xiàn)在，其他量子位系統(tǒng)在可擴(kuò)展性方面存在真正的物理限制。尺寸可能是這些系統(tǒng)的真正問(wèn)題。你可以把這些東西塞進(jìn)去的空間有限。”

相比之下，硅自旋量子比特是由單電子制成的，而且非常小。

“我們的設(shè)備只有大約 100 納米寬，而傳統(tǒng)的超導(dǎo)量子比特則更像是 300 微米寬，所以如果你想在一個(gè)芯片上制造很多，使用超導(dǎo)方法會(huì)很困難，”Eugene Higgins 的 Petta 說(shuō)普林斯頓大學(xué)物理學(xué)教授，該論文的資深作者。一微米(微米)中有 1,000 納米，因此普林斯頓的設(shè)備比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小約 3,000 倍。

Petta 補(bǔ)充說(shuō)，硅自旋量子比特的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)今的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品基于硅技術(shù)。“我們的感覺(jué)是，如果你真的想制造一百萬(wàn)或一千萬(wàn)個(gè)量子比特來(lái)做一些實(shí)際的事情，那只會(huì)發(fā)生在可以使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造行業(yè)擴(kuò)展的固態(tài)系統(tǒng)中。 ”