量子位控制新法可推進量子電腦發展

由電子或氮在鑽石的氮空缺中心自旋構成的量子記憶體，可以通過光單獨訪問，並通過微波進行精確操作。

圖片來源：日本橫濱國立大學 

為了達到量子電腦能夠滿足其預期性能潛力的程度，需要開發大規模的量子處理器和記憶體。要做到這一點，精確控制量子位至關重要，但控制量子位的方法對於高精度的大規模高密度佈線來説存在局限性。日本橫濱國立大學研究人員找到了一種可精確控制量子比特方法。這一進展是朝著更大規模量子計算邁出的一步。研究結果發表在26日的《自然·光子學》雜誌上。

橫濱國立大學工程學研究生院科學家表示：微波通常用於單獨的量子控制，但需要單獨佈線微波線路。此外，有可能在本地操縱量子位，但不能精確地利用光。

團隊利用鑽石中的氮原子空缺中心，通過微波操縱以及原子和分子躍遷頻率的局部光學移動相結合的方式來操縱電子自旋，從而展示了對量子位的控制。這一過程被稱為斯塔克偏移。換句話説，他們能夠將依賴鐳射的光學方法與微波相結合，從而克服之前的限制。

研究人員證明，這種對電子自旋的控制反過來可控制氮空缺中心的氮原子的核自旋，以及電子和核自旋之間的相互作用。

光和微波的同時照射可在沒有單獨佈線的情況下單獨、精確地控制量子比特。團隊表示，這為實現大規模量子處理器和記憶體鋪平了道路，對於大規模量子電腦的發展至關重要。

此外，研究還實現了在電子自旋和核自旋之間産生量子糾纏。這允許量子位與光子之間的連接，需要的計算能力更少，並通過量子隱形傳態原理將資訊傳輸到量子處理器和量子記憶體。

新方法滿足所有迪文森佐標準，這是量子電腦運作所需的標準，包括可擴展性、初始化、測量、通用門和長相干性。它還可應用於斯塔克偏移之外的其他磁場方案，在這些方案中可單獨操作量子位，並且它可防止常見類型的計算錯誤，如門錯誤或環境噪聲。

研究人員説，通過進一步提高單個量子操作和糾纏操作的解析度，可實現大規模整合的鑽石量子電腦、量子存儲和量子感測器。它還將提高用於長途量子通信和分佈式量子電腦網路或量子網際網路的量子中繼網的數據傳輸能力。