这两个孔被限制在只有几纳米厚的富锗层中。在顶部，电门由施加电压的单独导线形成。带正电荷的空穴感受到来自电线的推拉，因此可以在其层内移动。信贷:丹尼尔Jirovec天富平台登录

 

量子计算机有望创造新材料，解决棘手的数学问题，这是许多物理学家的梦想。现在，它们正在世界各地的许多实验室中慢慢接近可行的实现。但仍有巨大的挑战需要攻克。一个核心问题是构建稳定的量子比特——量子计算的基本单位，简称qubit——可以联网。
 

 

在一项发表在《自然材料》杂志上的研究中，由奥地利IST Katsaros小组的Daniel Jirovec领导，与意大利科莫L-NESS大学间中心的研究人员密切合作，科学家们现在已经创造了一个新的、有前途的可靠的量子比特候选系统。

 

旋转的缺席

 

研究人员利用所谓空穴的自旋创造了量子比特。每个空穴只是固体材料中电子的缺失。令人惊奇的是，一个丢失的带负电荷的粒子在物理上可以当作带正电荷的粒子来处理。当邻近的电子填满空穴时，它甚至可以在固体中移动。因此，这个被描述为带正电荷的粒子的空穴实际上是向前移动的。

 

丹尼尔Jirovec

 

在一项发表在《自然材料》杂志上的研究中，由奥地利IST Katsaros小组的Daniel Jirovec领导，与意大利科莫L-NESS大学间中心的研究人员密切合作，科学家们现在已经创造了一个新的、有前途的可靠的量子比特候选系统。信贷:丹尼尔Jirovec

 

这些空穴甚至具有自旋的量子力学性质，如果它们靠近彼此，就可以相互作用。“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。这使得我们可以将这些洞限制在中间的富锗层，”Jirovec解释说。“在顶部，我们添加了微小的电线，即所谓的栅极，通过对它们施加电压来控制孔洞的运动。这些带正电的空穴会对电压产生反应，并能在其层内非常精确地移动。”

 

利用这种纳米尺度的控制，科学家们移动两个靠近彼此的洞，利用它们相互作用的自旋创造一个量子位元。但是为了让这个工作成功，他们需要在整个装置上施加一个磁场。在这里，他们的创新方法发挥了作用。

 

将量子比特

 

在他们的设置中，Jirovec和他的同事们不仅可以移动洞，还可以改变它们的属性。通过设计不同的空穴性质，天富平台登录他们利用不到10毫微米的磁场强度，从两个相互作用的空穴自旋中创造出了量子位元。这是一个较弱的磁场相比，其他类似的量子位设置，使用至少十倍强的磁场。

 

但这有什么关系呢?Jirovec说:“通过使用我们的层状锗装置，我们可以降低所需的磁场强度，从而允许我们的量子比特与超导体结合，而这种结合通常被强磁场抑制。”超导体是一种没有任何电阻的材料，由于其量子力学特性，可以支持几个量子位元的连接。这可能使科学家们能够建造结合半导体和超导体的新型量子计算机。

 

除了新的技术可能性，这些空穴自旋量子位看起来很有前途，因为它们的处理速度。它们的运算速度高达每秒1亿次，寿命长达150微秒，似乎特别适合量子计算。通常，在这些属性之间会有一个权衡，但是这个新设计将这两种优点结合在了一起。