基于自旋的量子计算机具有解决普通计算机无法解决的数学难题潜力，但在使这些计算机具有可伸缩性方面仍存在许多问题。现在由理研中心(RIKEN Center for Emergent Matter Science)领导的一个国际研究小组已经为量子计算设计了一个新的架构。通过构造一个由两种不同类型的qubit(量子计算机的基本计算元素)组成的混合设备，他们创建了一个可以快速初始化和读取的设备，同时还能保持高控制保真度。在这个传统计算机似乎已经达到极限的时代，量子计算机（利用量子现象进行计算的计算机）已经被吹捧为潜在的替代品，它们能够以一种非常不同、而且可能快得多的方式解决问题。
博科园-科学科普：然而事实证明，将它们扩展到执行实际计算所需大小是很困难的。1998年丹尼尔·洛斯(Daniel Loss)和IBM的大卫·迪维森佐(David DiVincenzo)提出了一个建议，利用嵌入在一个量子点(quantum dot)中的电子自旋来构建一个量子计算机。从那以后，洛斯和他的团队一直在努力建造实用的设备。就速度而言，开发实用的设备有许多障碍。首先设备必须能够快速初始化。初始化是将一个量子位放入特定状态的过程，如果不能快速完成，就会减慢设备的速度。其次必须在足够长的一段时间内保持一致性，以便进行测量。相干是指两个量子态之间的纠缠，最终用于测量，例如如果量子位元由于环境噪声而变成脱相干，那么器件就变得一文不值。最后量子位的最终状态必须能够被快速读出。
设备原理图。图片来源：RIKEN
虽然已经提出了许多建立量子计算机的方法，但是由Loss和DiVincenzo提出的方法仍然是最实际可行的方法之一，因为它是基于半导体，而半导体已经有一个大的工业。在最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究中，研究小组将两种戒烟方式结合在了一个设备上。第一种是一种单旋转的量子位元，叫做“损失-占卜量子位元”，它具有很高的控制精度——这意味着它处于一个清晰状态，这使它成为计算的理想状态，并且有很长的退相干时间，因此它将在一个给定状态中停留相当长的一段时间，直到它的信号丢失到环境中。
不幸的是，这些量子位的缺点是它们不能快速初始化为状态或读出。第二种类型称为单let- trilet量子位，它很快被初始化并被读出，但很快就变成了decoherent。在这项研究中，科学家们将这两种量子门与一种被称为受控相位门的量子门结合在一起，这种量子门允许自旋态在量子位元之间以足够快的速度纠缠在一起，以维持相干性，从而使单自旋量子位元的状态可以被快速单-三联体量子位元测量读出。根据CEMS的Akito - Noiri(本研究的主要作者)，已经证明可以在单个设备上组合不同类型的量子点以克服它们各自的限制。这为量子计算机的可扩展性提供了重要的见解。
博科园-科学科普｜研究来自：RIKEN
参考期刊文献:《Nature Communications》
论文DOI：10.1038/s41467-018-07522-1
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