量子計算領域的量子飛躍？

理論上，量子計算機在解決重要問題方面可以遠遠勝過傳統計算機。但它們面臨著重大障礙：它們的基本計算單元，稱為量子位元或量子位，難以控制，並且容易受到熱量或其他環境因素的破壞。現在，研究人員設計了兩種可能有助於解決這些挑戰的量子位元。

傳統計算機的位元表示 1 或 0。但由於一種被稱為疊加的奇異量子效應——它允許原子、電子或其他粒子以兩種或多種狀態存在，例如同時在相反方向“旋轉”——由處於疊加態的粒子組成的單個量子位元可以同時包含這兩個數字。當多個量子位元“糾纏”（指的是將一個粒子的行為與其夥伴的行為聯絡起來的量子特性）時，計算能力可以隨著量子位元的數量呈指數級增長。原則上，一臺 300 量子位元的量子計算機可以同時執行比可觀測宇宙中原子數量更多的計算。

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目前，基於粒子自旋方向的量子位元必須相距約 15 奈米——任何更大的距離都會導致它們的糾纏失敗。但澳大利亞新南威爾士大學的量子工程師安德烈亞·莫雷洛 (Andrea Morello) 及其同事現在聲稱已經設計出可以相距 500 奈米的量子位元。這為控制量子位元的重要裝置提供了更大的空間。為了建立一個所謂的翻轉-翻轉量子位元（圖示），電子被拉離原子核一定距離。研究人員在 9 月份的《自然通訊》雜誌上報道稱，這會導致原子表現出正負電極，它們可以在相對較大的距離上相互作用。

另一種提議的量子位元設計基於“準粒子”，準粒子是由帶負電的電子與超導材料中帶正電的“空穴”相互作用形成的。在 8 月份發表在《自然》雜誌上的一項工作中，荷蘭代爾夫特理工大學和埃因霍溫理工大學的科學家及其同事建立了一種結構，其中一對分離的準粒子可以“編織”，或交換位置，充當單個量子位元。代爾夫特大學的量子物理學家、研究共同負責人張昊說，它們之間的距離將降低環境影響同時擾動兩個粒子的可能性，這可能使此類量子位元高度穩定。

兩個團隊都表示，他們希望儘快建立新量子位元的工作版本。馬薩諸塞理工學院的量子物理學家塞思·勞埃德 (Seth Lloyd) 說：“我認為科學家仍在尋求構建大規模量子計算機的新途徑，這非常令人興奮”，他沒有參與這兩項研究。