陳根：量子空穴，構建更快、更強的量子計算機_風聞

文|陳根

量子比特(Qubit)是量子計算機系統中最小的數據存儲單位，類似於經典計算過程中的比特。目前，較為流行的製造量子比特的一種方法，就是利用電子的“自旋”特性（可以指向上方或下方）。

**但是，量子運行的不穩定性一直困擾着科學界，這也讓量子技術達不到投入量產的成熟狀態。**之前，學界一直認為製造量子比特的一種方法是利用電子的自旋，而為了使量子計算機儘可能的快速運轉和節約能耗，往往操作它們的是普通電極的電場。

雖然自旋一般情況下不會與電場直接進行相互作用，但在一些材料中，自旋會與電場進行間接相互作用，這一現象被稱為“自旋軌道相互作用”。當這種相互作用很強時，任何運行速度的提高都會被認為被相干性的損失所抵消。

**也就是説，如果電子與實驗室中施加的電場進行相互作用，那麼在波動的電場（通常稱為“噪聲”）中，這些電子上的量子信息就會被破壞掉。**然而，最新的研究表明，使用“空穴法”這種擔心是不必要的。

近日，澳大利亞研究委員會未來低能電子技術卓越中心（FLEET）、量子計算與通信技術卓越中心（ARC Center）、以及不列顛哥倫比亞大學的研究人員通過孔優化操作，在操作速度和信息一致性方面取得權衡，進而擴大微型量子計算機中的量子比特規模。

**“空穴”可以被視為去掉一個****電子，其行為類似於帶正電的電子。以此方式，可以使量子比特變得堅固，從而能夠抵抗源自固體本底的電荷波動。**另外，量子比特對噪聲最不敏感的“最佳位置”，也是它達到最快運行速度的位置，這也就意味着這個位置上的量子信息可以被最長時間的保留。

量子比特對這種噪聲最不敏感的點，也是它能夠以最快速度運行的關鍵。**通過這種方式，量子比特在面對源自固體背景的電荷波動時，具有不錯的魯棒性。**這一理論對於構建穩定的比特陣列以及發展微型量子計算機提供了重要策略。