一個國際研究團(tuán)隊通過單個電子獲取了新類型的量子比特，使未來數(shù)據(jù)處理可包括比“0”和“1”更多的基礎(chǔ)要素。此外，以前量子比特僅能存在于較大的真空腔中，而新量子比特可在半導(dǎo)體中生成出來。這代表了量子計算發(fā)展進(jìn)程中一項重要的進(jìn)展。相關(guān)研究報告發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
科研人員表示，當(dāng)今數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)單元是“0”和“1”比特狀態(tài)。處于雙通道中一條通道內(nèi)的電子將沿指定的并聯(lián)支路前進(jìn)，每次只能通過一個電子。借助隧道耦合，電子能夠在通道間來回切換，從而呈現(xiàn)出兩種不同的狀態(tài)，事實上電子會在兩個軌道內(nèi)同時飛起，而兩種狀態(tài)也將重疊。
為了編碼這些狀態(tài)，電子的電荷十分關(guān)鍵。雖然電子同樣具有其他特性，但電荷才是對于量子比特來說確切需要的。從比特到量子比特的延伸能顯著增加計算機(jī)的計算能力。
一個量子比特相當(dāng)于具有特別狀態(tài)的單個電子。科研人員可利用單個電子通過兩個緊密相鄰?fù)ǖ赖能壽E進(jìn)行編碼。本質(zhì)上，兩種不同的狀態(tài)是可能的：電子或者在上面的通道移動，或者在下面的通道移動，隨后形成一個二進(jìn)制系統(tǒng)。然而根據(jù)量子理論，一個粒子可同時保有多種狀態(tài)，也就是說，它能夠近似于同時飛躍兩個通道。這些重疊的狀態(tài)能形成一個廣泛的數(shù)據(jù)處理字符。
為了生成具有不同狀態(tài)的量子比特，研究人員允許單個的電子相互干涉，這就是所謂的阿哈羅諾夫—玻姆效應(yīng)：由外加電壓驅(qū)動，電子能夠飛躍具有半導(dǎo)體性質(zhì)的固體。在這一固體之中，它們的飛行軌跡先分叉，再重新結(jié)合。因此，每個電子可同時飛過兩個可能的路徑，當(dāng)兩個路徑重聚在一起，就會產(chǎn)生干涉，例如，兩束電子波會發(fā)生重疊，具有不同重疊狀態(tài)的多個量子比特就會被生產(chǎn)出來。
通常，一束電子波會在穿過固體時同時穿越不同的路徑。由于材料中的雜質(zhì)，它會失去自己的相位信息，并因此失去其編碼特別狀態(tài)的能力。為了保持這些相位信息，研究人員培育出了高純度的砷化鎵晶體，并使用了德國波鴻魯爾大學(xué)物理學(xué)教授安德里亞斯·維克在20年前提出的雙通道法。
一個電子能通過雙通道到達(dá)分叉處，而隧道耦合可使電子能同時飛躍兩種不同的路徑，電子波的相位也將通過耦合保持下來。同樣，研究團(tuán)隊在電子波于分叉末端重新聚合時也使用雙通道。借助這種方法，他們能夠生產(chǎn)出具有明確狀態(tài)且適合信息編碼的量子比特。研究人員表示，并非所有的電子都會參與這一過程，目前參與的電子仍是一小部分，但他們已經(jīng)開始嘗試使用具有更高電子密度的晶體，以提升電子的參與率。
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