最近幾天，美國(guó)加州理工學(xué)院研究員Christina Psaroudaki和南洋理工大學(xué)教授克里斯特斯帕納戈普洛斯提出了將柱頭作為量子比特的想法，并表示其在實(shí)用性和可擴(kuò)展性方面具有優(yōu)勢(shì)。

研究論文發(fā)表于當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月4日《物理評(píng)論快報(bào)》，題目為《Skyrmion Qubits: A New Class of Quantum Logic Elements Based on Nanoscale Magnetization》。

量子計(jì)算有望通過(guò)量子力學(xué)的固有特性，大幅提升計(jì)算能力，超越如今的超級(jí)計(jì)算機(jī)在接受《The Paper》記者獨(dú)家采訪時(shí)，Psaroudaki表示，量子計(jì)算機(jī)是基于量子位的，量子位是由物理系統(tǒng)的特殊量子態(tài)來(lái)表示的與經(jīng)典比特的0或1不同，量子比特也可以處于所謂的疊加態(tài)——，即0和1都存在為了實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)，目前正在尋找許多不同的候選人

論文表明，量子計(jì)算的核心是由原子，離子或電子等非常小的粒子組成的量子比特目前，超導(dǎo)電路是噪聲中等規(guī)模量子計(jì)算方案的領(lǐng)導(dǎo)者之一，其尺寸是宏觀的，但具有完美的量子特性雖然超導(dǎo)量子已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但仍然存在很大的挑戰(zhàn)，尤其是在控制和可擴(kuò)展性方面

在磁性材料中，當(dāng)局部原子的自旋取向發(fā)生偏離時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種具有渦旋結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)粒子，稱為磁性斯蒂格曼這種準(zhǔn)粒子的性質(zhì)通?？梢杂猛?fù)潆姾苫蚵菪葋?lái)描述

Smirnon有1/2自旋，因此可以用作量子比特由于其良好的穩(wěn)定性，可操作性和可測(cè)性，可以作為量子計(jì)算的邏輯量子比特所謂邏輯量子位是指能夠邏輯一致地實(shí)現(xiàn)量子位功能的單元，物理偏差和失效概率影響不大國(guó)盾量子的行業(yè)專家趙玉康告訴本報(bào)記者

磁思明可以非常小，達(dá)到納米級(jí)，而且它是下一代信息存儲(chǔ)和邏輯技術(shù)的候選磁斯米爾學(xué)是一個(gè)涉及經(jīng)典斯米爾農(nóng)自旋電子學(xué)發(fā)展的領(lǐng)域，它已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)巨大而活躍的研究領(lǐng)域Psaroudaki說(shuō):我們提案的一個(gè)重要特點(diǎn)是利用斯米爾農(nóng)領(lǐng)域的知識(shí)和最先進(jìn)的技術(shù)，加速斯米爾農(nóng)量子比特的發(fā)展思明的知識(shí)和技術(shù)可以直接利用和轉(zhuǎn)移到我們提出的平臺(tái)，并在實(shí)用性和可擴(kuò)展性方面提供優(yōu)勢(shì)

史密斯量子比特

Psaroudaki和Panagopoulos提出的方案是利用束縛在磁性納米盤中的穩(wěn)定磁性Stigmans實(shí)現(xiàn)量子比特，利用電場(chǎng)連接不同的磁性納米盤。

通過(guò)施加電磁場(chǎng)，可以控制磁斯蒂格曼量子化能譜中的離散能級(jí)，從而改變不同能級(jí)之間的螺旋度，這兩個(gè)能級(jí)可以編碼為此外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)來(lái)控制量子比特的相干時(shí)間在該設(shè)計(jì)方案中，相鄰磁性納米盤的量子位也可以相互耦合，從而實(shí)現(xiàn)兩位量子門操作最后，利用高靈敏度磁力儀可以完成量子信息的讀取操作

國(guó)內(nèi)量子團(tuán)隊(duì)的一名成員向《The Paper》記者詳細(xì)介紹了這項(xiàng)研究中的磁gmin是如何用于量子計(jì)算的他說(shuō)，這篇文章利用磁粒的準(zhǔn)粒子中XY平面的自旋旋轉(zhuǎn)角，以及這個(gè)自由度的量子化來(lái)進(jìn)行量子計(jì)算根據(jù)參數(shù)不同，分為兩種鉆頭理論設(shè)計(jì)

第一種是用Z方向自旋分量與平衡態(tài)的偏差來(lái)編碼量子比特狀態(tài)，0或1的偏差分別代表量子比特的0或1狀態(tài)這種設(shè)計(jì)類似于超導(dǎo)比特中的電荷量子比特，它使用島上的電荷數(shù)量來(lái)編碼比特狀態(tài)二是利用XY平面自旋的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)量子比特狀態(tài)進(jìn)行編碼兩個(gè)方向相反的角度分別代表量子位的0態(tài)或1態(tài)這種設(shè)計(jì)類似于超導(dǎo)比特中的磁通量比特，量子比特由順時(shí)針和逆時(shí)針電流編碼成員代表

Psaroudaki說(shuō)，因?yàn)樗沟俑衤梢员浑妶?chǎng)和磁場(chǎng)操縱，所以多個(gè)斯蒂格曼量子比特的屬性是可配置的，并且可以被優(yōu)化這包括邏輯量子位狀態(tài)和量子位壽命，這對(duì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的量子位非常重要，可以執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算我們的工作表明，作為量子處理器的邏輯元件，Smirnson量子比特非常有吸引力，它正在應(yīng)對(duì)量子比特技術(shù)——控制和可擴(kuò)展性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

本文表明，微波場(chǎng)的可擴(kuò)展性，可控性，工作時(shí)標(biāo)和非易失性讀出技術(shù)相結(jié)合，使得Smirnon量子比特作為量子處理器的邏輯元件具有吸引力。

目前，Psaroudaki和Panagopoulos已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種候選材料，可以用來(lái)設(shè)計(jì)人工可控的磁性Smirnon量子比特他們預(yù)測(cè)，伴隨著研究的發(fā)展，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這種磁性斯蒂格曼量子比特

在談及Smirnko在量子計(jì)算領(lǐng)域的前景和挑戰(zhàn)時(shí)，Psaroudaki表示，我們的工作處于兩個(gè)不相關(guān)的研究方向的交匯點(diǎn):——量子位場(chǎng)和Smirnko場(chǎng)前者旨在開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)，而后者旨在設(shè)計(jì)基于磁性斯米爾恩科的未來(lái)自旋電子器件我們的想法在西格爾電子和納米磁性領(lǐng)域引入了一個(gè)新的方向，并為量子計(jì)算開(kāi)辟了一條尚未開(kāi)發(fā)的道路當(dāng)前的挑戰(zhàn)是實(shí)用性，即為特定功能設(shè)計(jì)架構(gòu)

本文在二維磁性材料上構(gòu)造量子比特，在物理上確實(shí)很有意義，開(kāi)創(chuàng)了量子計(jì)算的新實(shí)現(xiàn)方法。但是因?yàn)檫@是一篇比較理論的文章，

，單比特自身狀態(tài)，單比特操縱，比特間耦合，比特狀態(tài)讀取的討論還停留在物理層面上，沒(méi)有到實(shí)際設(shè)計(jì)層面上前述國(guó)內(nèi)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)成員表示

趙于康表示，該論文的工作是實(shí)驗(yàn)了單個(gè)斯格明子的邏輯門操控能力，是一條新的量子計(jì)算可能路線，但距離實(shí)現(xiàn)還有差距，比如尚未實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展到多個(gè)斯格明子的耦合，邏輯量子比特所需的確定性操控和長(zhǎng)時(shí)間保持能力驗(yàn)證還不充分。