使用氦上的电子实现量子计算机的清洁量子位

根据理化学研究所物理学家和合作者的研究，未来的量子计算机可能基于漂浮在液氦上方的电子，该研究发表在《应用物理评论》上。

今天的计算机基于在硅中穿梭的电子。硅中的电子也可以构成完全不同类型的计算机——量子计算机的基础。人们正在进行许多努力，以从硅开始，利用各种固态晶体中的电子来实现量子计算机。

通过利用微小物体的量子特性，量子计算机有望通过解决当今最强大的超级计算机难以解决的问题来彻底改变计算。

虽然利用固态晶体中的电子创建量子位的努力取得了重大成功，但增加量子位(位的量子当量)的数量具有挑战性，因为固态晶体中的缺陷和杂质会产生不可预测的电势，使其难以生产许多统一的量子位。

克服这个问题的一种方法是使用漂浮在真空中的电子作为量子位，因为真空是无缺陷的。

RIKEN 量子计算中心的 Erika Kawakami 表示：“固态晶体总会有一些缺陷，这意味着我们无法为电子创造完美的环境。” “如果我们想创造大量统一的量子位，那就有问题了。所以最好在真空中拥有量子位。”

1999年，研究人员首次从理论上提出基于液氦上漂浮的电子来实现量子位。在这个物理系统中，电子漂浮在真空中，略高于液氦表面。这是一个突破性的提议，但它仅限于量子门的基本操作，因为量子计算机研究仍处于起步阶段。

现在，在一项理论研究中，该团队展示了如何使用漂浮在液氦上方的电子更具体地实现量子门。

他们的提议的核心是混合量子位，涉及垂直量化的电荷态和浮动电子的自旋态。电子的电荷状态使其可以使用电场在中等距离内轻松操纵，而自旋状态可用于稳定地存储数据。电子的自旋状态和电荷状态之间的相互作用使得数据能够在两种电子特性之间传输。

“我们提出了如何使用氦气上的电子来实现单量子位和双量子位门，并估计了它们的保真度，”川上说。 “我们还指定了如何扩大量子比特的数量。这是新事物。”

他们的系统使用一系列微小的铁磁柱来捕获氦上方的电子。应该有可能将超过 1000 万个量子比特压缩到一张邮票大小的区域中。

该团队现在打算接受实验性实施其提案的挑战。