研究人员已经创造出创新的翻滚自旋量子比特，以实现通用量子逻辑。这一突破可能促进对大规模半导体量子比特阵列的有效控制。该团队最近展示了他们在跳跃和翻滚自旋方面的研究成果。
在QuTech，研究人员打造了旨在实现通用量子逻辑的翻滚自旋量子比特。这个进展可能导致对大规模半导体量子比特阵列的高效管理。研究团队已在《自然通讯》上发表了他们关于跳跃自旋的研究结果，并在科学上发表了他们关于翻滚自旋的研究。
1998年，Loss和DiVincenzo发表了一项开创性的研究，题为“量子点量子计算”。他们最初提出了跳跃自旋的概念作为量子比特逻辑的基础，但实际应用尚未实现。二十多年后，实验进展与理论框架相一致。QuTech的研究人员，来自代尔夫特理工大学和荷兰组织TNO的合作团队，令人信服地证明了“跳跃门”的原始概念确实是可行的，展示了先进的性能。
简化控制
全球范围内，基于量子点的量子比特正在积极探索，因为它们被视为构建量子计算机的有前景的基础。现有的主要方法涉及捕获单个电子并施加足够强的磁场，从而利用电子的自旋作为量子比特，可以通过微波信号进行操控。
然而，在这项研究中，研究人员揭示微波信号并不是必要的。相反，他们发现基带信号和最小的磁场就足以实现通用量子比特控制。这一发现大大简化了未来量子处理器所需的控制电路。
从跳跃到翻滚量子比特
自旋的控制涉及它们从一个量子点跳到另一个，需要一个物理机制来实现旋转。Loss和DiVincenzo最初推荐了一种特定类型的磁铁来实现这一点，但在实验上实施时遇到挑战。QuTech团队引入了锗，这是一种半导体，可以自主促进自旋的旋转。这一思路受到《自然通讯》中Floor van Riggelen-Doelman和Corentin Déprez分享的发现的启发，他们说明锗可以使自旋量子比特跳跃以建立量子链接。他们报告了自旋旋转的初步迹象。
要理解从跳跃到翻滚量子比特的转变，可以想象量子点阵列为一个蹦床公园，电子自旋类似于跳跃的人。通常，每个人都有自己的蹦床，但可以在可用的情况下跳到邻近的蹦床上。锗引入了一个独特的特性：仅通过从一个蹦床移到另一个蹦床，跳跃者就会经历一个扭矩，导致他们翻滚。这一特征使研究人员能够有效地操控量子比特。
《科学》文章的第一作者Chien-An Wang指出：“锗促进了不同量子点之间自旋的对齐。”原来，在这些量子点之间的跳跃自旋可以产生卓越的量子比特。“我们观察到了单量子比特门的错误率低于千分之一，双量子比特门的错误率低于百分之一。”
蹦床公园中的翻滚量子比特
在成功控制四个量子点系统中的两个自旋后，团队扩展了他们的研究。他们探索了在多个量子点之间跳跃的可能性，而不只是两个。这可以比作一个跳跃者，不仅在几台蹦床上跳跃，还在其中翻滚。共同作者Valentin John进一步阐述：“为了推进量子计算，有必要以高精度操作和连接大量的量子比特。”
就像不同的蹦床对跳跃者施加不同的扭矩，量子点之间的跳跃自旋也导致不同的旋转。因此，理解这种变异性至关重要。共同作者Francesco Borsoi补充道：“我们建立了控制例程，使我们能够在十个量子点的阵列中跳跃自旋到任何量子点，让我们能够在更大的系统中检查重要的量子比特指标。”
合作努力
“看到这里展现的团队合作我感到很激动，”首席研究员Menno Veldhorst说道。“在一年的时间里，我们将通过跳跃观察量子比特旋转的过程，转变为整个团队使用的工具。我们认为制定有效的控制方法对于未来量子计算机的发展至关重要，而这种新方法展现了希望。”
