钻石与量子点 还更多的量子比特技术：新的量子点选择、钻石缺陷 各公司正确保我们有丰富的选择来构建量子比特。HRL使用了一种控制系统，其与量子比特保持在同一冷却系统中，二者通过超导带状电缆连接。来源：HRL实验室 HRL使用的控制系统与其量子比特保持在同一冷却系统中，二者通过超导带状电缆连接。来源：HRL实验室 如果你长时间关注量子计算新闻，可能会开始觉得任何能够在两个明显分离能量状态之间交替的量子系统都可以用作量子比特。原子、离子、光子、电子和制造设备都有其支持者。其中吸引支持者的关键因素之一是技术的可扩展性。我们将需要大量高质量的量子比特才能开始进行任何复杂的计算，而任何技术能否做到这一点则备受争议。因此，即使一些技术现在能够支持数千个量子比特，一些竞争对手仍在努力开发少量量子比特——其背后的公司坚信它们有更有效的扩展潜力。 其中一种技术涉及持有单个电子的量子点。它们的优势在于我们可以使用与构建传统处理器相同的技术来制造它们，这种方法已被证明具有可扩展性。本周，发表了两篇描述使用量子点不同方法的新论文，其中一篇足够吸引IBM以至于收购了开发该技术的公司。另一方面，另一家公司发布了一款显示有100个单独电子被固定在钻石缺陷中的处理器，这项技术并不明显能够扩展。 翻转自旋 第一个消息来自于一家名为HRL实验室的公司的《自然》杂志发布的文章，该公司是霍华德·休斯发起的研究项目的后代。HRL正在使用制造的量子点，这是一种与显示器中使用的点不同的技术，尽管它依赖于一些相同的物理原理。两种方法都使用了一种结构，在比电子的波长还要小的区域内陷阱电子。在显示器中，这允许控制材料发射的波长。对于量子比特而言，陷阱小得多，用于保持单个电子的位置。关键的是，它们可以被制造；通过合适的接线，电磁相互作用能够在硅的小区域内困住单个电子。一旦被困，电子的自旋可以是向上、向下或它们的叠加态，可以用作量子比特。虽然这种技术可以很容易地扩展——我们在硅中放置接线的技术非常成熟——但电子自旋难以保持稳定，通常需要微波进行控制，因此需要一个单独的控制系统。但“通常”的意思并不是“总是”，HRL正在描述一种不同的技术。它需要三个独立的量子点，每个点持有一个电子，周围的电子设备控制这三种电子的自旋之间的影响程度。这一点至关重要，因为在某些条件下，没有两个电子可以有相同的自旋。这解释了为什么原子轨道以这种方式填充，每个能量级只能容纳一对电子，一个自旋向上，另一个自旋向下。使它们相互作用可以改变它们的自旋。对这种量子比特进行操作，只需控制哪些电子在相互作用及其程度。这通过电子控制实现，使我们完全不需要微波。所有操作通过接线处理，消除了需要大量微波传输电缆进入保持硬件接近绝对零度的冷却系统。HRL在论文中大部分时间描述了它的控制系统，该系统处于中间冷却水平，由一个针对低温和低功耗操作优化的传统处理器组成，尽管在130纳米工艺下制造，但其功耗不超过3.5瓦特。操作量子比特的指令在其他地方编译，然后加载到控制器中，之后它便能自主运行。与持有量子比特的芯片的通信通过超导带状电缆进行。HRL描述的系统有18个量子比特，公司在其上运行了一个简单的错误更正代码，证明了逻辑错误率低于1%。这远低于其他技术所实现的水平，但这是一项重要的验证，说明HRL面临的问题可能集中在工程领域而非物理领域。 混合机器 尽管该论文是由HRL发表的，但它所取得的进展随后成为IBM的财产。这值得注意，因为IBM已经对竞争技术进行了大量投资，其中量子比特被固定在一种叫做transmon的制造设备中，并通过微波脉冲进行控制——正是HRL试图避免的控制系统。起初，这并不是一个显而易见的适合，因此我们询问了IBM的技术总监。