基于空穴自旋的量子比特技术迎来新突破
当今超级计算机的处理能力可能已令人难以置信，但量子计算机有望超越这些最强大的机器。凭借其巨大的处理能力和速度，量子计算机将能够解决目前处理器无法解决的问题。量子计算机强大处理能力的秘密在于它使用的是量子比特，一般是用亚原子粒子来编码量子比特，它是量子信息的基本单位。
由欧盟通过MaGnum和microSPIRE项目资助的研究人员现在已开发了一种有潜力的新系统，该系统利用所谓的空穴自旋来获得可靠的量子比特。他们的研究成果发表在近期的《Nature Materials》杂志上，论文详细描述了如何制造这种量子比特。
空穴是由于固体材料中的原子核外缺失电子形成的空位，因此可以把它看成是一种携带正电荷的粒子。尽管空穴不是真正的粒子，但它们有许多与电子相同的特性。它们在彼次靠近时会相互作用，并且它们还具有自旋的量子力学特性。
非金属锗等材料中的空穴是自旋量子比特的绝佳候选者。科学家构建了一个由锗和硅层组成的纳米结构，使他们能够将空穴限制在实际的二维区域中。Daniel Jirovec是该研究的主要作者，同时也是奥地利科学技术研究所MaGnum项目组的协调员，他介绍了他们与米兰理工大学microSPIRE项目组纳米结构外延学和硅自旋电子学实验室(L-NESS)的合作。
Jirovec说：“我们在L-NESS的同事将几纳米厚的硅和锗的不同混合物层叠在一起。这使得我们能将这些空穴限制在中间的富锗层上。”“在顶部，我们添加了微小的电线(即所谓的门)，通过对它们施加电压可以控制空穴的运动。这些带正电的空穴会对电压产生反应，能在层内进行非常精确地移动。”
该研究团队使用这种技术让两个空穴靠近彼此，这样它们的自旋就会产生相互作用，从而生成一个自旋量子比特。更重要的是，他们只需利用不到10毫特斯拉的磁场强度，就能在两个相互作用的空穴中创造出自旋量子比特。这个磁场强度值要比其他量子比特要弱得多。
Jirovec在评论这一成就的意义时说道：“通过使用我们的层状锗装置，我们可以减少所需的磁场强度。这允许我们的量子比特与通常会受到强磁场抑制的超导体相结合。”（编译:Julien）
