德美科学家开发出稳定量子门

柏林，12月9日(记者顾刚)——德国康斯坦茨大学与普林斯顿大学和马里兰大学的物理学家合作，开发了一种基于硅双量子位系统的稳定量子门。量子门作为量子计算机的基本元件，可以完成量子计算机所有必要的基本操作。这项研究成果被称为量子计算机的里程碑，最近发表在《科学》杂志的在线版上。

量子计算机比传统计算机对外部干扰更敏感。因此，创造稳定的量子门，即量子计算机的基本开关系统，已经成为科学家们的主要目标。这一次，德美联合研究小组使用单个硅电子的电子自旋作为量子位(即基本信息存储单元)。他们创造的稳定量子门可以精确地控制和读取两个量子位之间的相互作用。

这项研究的第一个成果是从硅片上的数十亿个原子中提取出一个电子。格多·布尔夏德是常数大学的物理学教授，负责项目协调，他说:“这是我们普林斯顿的同事们取得的惊人成就。”研究人员利用电磁吸引和排斥的组合来分离单个电子，然后精确地排列它们，使每个电子都嵌入一个“槽”中，以保持其稳定状态。

下一个挑战是开发一个能控制每个电子自旋脉冲的系统。他们采用的方法是:将每个电子放在纳米电极上，通过所谓的磁场梯度，产生一个定位磁场，用来控制电子的旋转脉冲，从而产生一个稳定的量子位系统，以电子自旋的形式存储和读取信息。

然而，仅仅一个量子位不足以构成量子计算机的基本交换系统。需要两个量子位。这项研究的决定性一步是康斯坦斯大学的研究人员将两个电子的状态耦合在一起，形成一个双量子位系统。通过这种结合，可以构建一个基本的交换系统，量子计算机的所有基本操作都可以通过它来完成。例如，该系统可以被编程，使得电子仅当它们的相邻电子沿预定方向旋转时才旋转。接下来，康斯坦斯大学的科学家也将建立一个稳定的系统来控制两个单电子的旋转。