量子点芯片新思路：打造可移动的量子比特

5 月 9 日消息，荷兰代尔夫特理工大学与 QuTech 合作发表新研究，尝试给量子点量子比特补上“可移动性”短板。

团队在仅含 6 个量子点的测试芯片上，把单电子自旋量子比特在不同量子点之间转移，并完成双量子比特门、纠缠验证和量子隐形传态。

援引博文介绍，量子计算公司眼下大致分成两路：一路押注可制造的电子器件，重点是把量子比特做进芯片，方便批量生产；另一路使用原子、离子或光子，重点是让量子比特行为更稳定，也更容易实现灵活连接。前者更像半导体工业，后者则在布线自由度上更占优。

量子点（Quantum dot）属于前一种路线。它把单个电子困在极小空间里，并用电子自旋承载量子比特。由于量子点尺寸小，可以高密度集成进芯片，并兼容现有芯片制造工艺，因此更有机会做出大规模器件。

但量子点的问题也同样明显：量子点之间怎么连接，往往在制造时就已经写死。这会直接限制纠错方案的选择。

由于不同量子纠错架构需要不同的量子比特连接方式，芯片一旦流片完成，后续即便出现更高效的新方案，也很难切换。对量子计算来说，这相当于在硬件出厂时，就提前锁定了一部分系统设计空间。

这次发表于《Nature》的研究，试图打破这个限制。代尔夫特理工大学与 QuTech 制作了一枚线性排列的量子点芯片，总共 6 个量子点。

研究人员先在阵列两端放入单电子自旋，再通过电信号把它们逐步推向中间区域。两者距离足够近后，自旋波函数发生重叠，于是可以执行双量子比特门，并进一步生成纠缠。

团队随后把电子移回原位，并测得两端自旋仍保持纠缠，说明量子信息在转移过程中没有丢失。研究人员还展示了量子隐形传态把量子态从一个量子比特转移到远处的另一个量子比特。这样一来，量子点除了“物理移动”，还多了一种远距离传递状态的办法。

从结果看，这套测试器件还很早期，但数据已经有参考价值。双量子比特门成功率超过 99％，量子隐形传态约为 87％。

现有结果距离可用于复杂计算还有差距，因此团队设想把未来芯片分成“存储区”“交互区”和连接不同轨道的通道，让量子比特平时待机，需要运算时再被送去交互区操作。

参考

Two-qubit logic and teleportation with mobile spin qubits in silicon