自旋量子计算机,硅基量子计算机的突破：自旋量子位的远距离连接
据悉，科学家们已经将两个硅量子比特与光子在一个相对较大的距离上连接起来。这一新进展可能最终成为一个不太为人所知的量子计算处理器架构的分水岭，使硅量子计算机更接近现实。
众所周知，量子计算机代表了一种新兴的计算技术，有朝一日它可以比普通计算机更快地执行某些计算，比如对分子行为进行建模。今天，最流行的量子计算机是由超低温超导导线或激光阱中的原子构成的。但其他科学家正在开发由半导体等其它材料制成的设备。
一旦成熟，量子计算机相对于传统计算机的优势将来自其架构。 不同于传统计算机将问题抽象为通过逻辑规则进行通信的两个状态位来进行计算，量子计算机的基本组成部分是量子比特或量子位。 量子位是高度受控的原子或人造原子，它们具有两种类似于位的状态，但却与量子力学更丰富的数学规则相互作用。 当今最受欢迎的两种量子比特结构是透射量子比特(transmon qubit)和捕获离子量子比特(trapped ion qubit)。前者是一种超导电路，根据振荡电流的不同能量来表示量子比特的状态，后者是激光操纵阵列中离子的原子状态。
但是，基于半导体的“自旋”量子位却代表了基于硅半导体中电子的自旋态的信息。在硅半导体中，电子的自旋态类似于向上或向下指向的条形磁铁。用微波撞击电子会操纵这些状态。这些器件主要有一些假定的优点，即硅已经是计算领域的一种流行材料，因此制造硅量子计算机可能会更便宜。自旋量子计算机可能能够在比超导量子计算机更高的温度下工作，而超导量子计算机则需要低温环境。
据报道，与英特尔合作的研究人员已经成功地在一个双自旋量子比特设备上测试并执行了算法。2018年的这篇论文，为研究人员在他们发表在《自然》杂志上的最新研究中取得的成果埋下了伏笔：他们通过一个小腔交换光子，获得了两个自旋量子位，相互作用超过4毫米，以微芯片标准衡量，这是一个相对较长的距离。
这个原理验证实验，实现了硅量子计算机的另一个重要优势：自旋量子位不仅要与相邻的量子位对话(这是某些超导量子位的限制)，而且，可能能够与微芯片另一侧的量子位相互作用。
科学家们表示，在如何连接这些量子位元，以及如何在未来的硅基“量子微芯片”中以几何图形的方式排列这些量子位元方面，它增加了相当大的灵活性。这是同一版本中这项技术的一个“重要里程碑”。但在这项研究发挥作用之前，还有更多的工作即将展开。
他们还表示，未来，看看这些结果是否会导致相干相互作用，以及远距离自旋量子比特之间的量子信息传输，将是非常令人兴奋的。
尽管有这样美好的前景，自旋量子位元的发展和应用仍然落后于超导和捕获离子量子位元。但随着更多类似的技术进步，我们可能很快就会看到它们的使用和普及。
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