新的量子比特控制方法能促进量子计算机的发展

为了满足量子计算机的预期性能潜力，有必要开发大规模量子处理器和存储器。要做到这一点，精确控制量子位是必不可少的，但控制量子位的方法对于高精度大规模高密度布线有局限性。日本横滨国立大学研究人员发现了一种精确控制量子位的方法。这一进展向更大规模的量子计算迈进了一步。该研究成果发表在26日的《自然光子学》杂志上。

横滨国立大学工学研究生院的科学家说：微波通常用于单独的量子控制，但需要单独布线。此外，可以局部操纵量子位，但不能精确利用光。

利用钻石中氮原子的空位中心，团队通过微波操控和原子分子跃迁频率的局域光学移动来操控电子自旋，从而演示了量子比特的控制。这个过程被称为斯塔克迁移。换句话说，他们能够将依赖激光的光学方法与微波结合起来，从而克服了以前的局限性。

研究人员证明，这种对电子自旋的控制可以反过来控制氮空位中心氮原子的核自旋以及电子与核自旋的相互作用。

光和微波的同时照射可以独立精确地控制量子位，不需要单独布线。该团队表示，这为实现大规模量子处理器和存储器铺平了道路，这对大规模量子计算机的发展至关重要。

此外，还实现了电子自旋和核自旋之间的量子纠缠。这允许量子比特和光子之间的连接，需要更少的计算能力，并通过量子隐形传态原理将信息传输到量子处理器和量子存储器。

新方法满足量子计算机运行所需的所有Divensenzo标准，包括可扩展性、初始化、测量、通用门和长期干燥。它还可以应用于除斯塔克位移之外的其他磁场方案，其中量子位可以独立操作，并且它可以防止常见类型的计算错误，如门错误或环境噪声。

研究人员表示，通过进一步提高单量子操作和纠缠操作的分辨率，可以实现大规模集成的钻石量子计算机、量子存储和量子传感器。它还将提高用于远距离量子通信和分布式量子计算机网络或量子互联网的量子中继网络的数据传输能力。