在《自然》杂志最近的一篇文章中，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(ArgonneNationalLaboratory)领导的一个团队宣布创建了一个新的量子位平台，该平台通过在非常低的温度下冷冻氖，将...
在《自然》杂志最近的一篇文章中，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)领导的一个团队宣布创建了一个新的量子位平台，该平台通过在非常低的温度下冷冻氖，将电子从加热的灯丝发射到固体氖，在那里捕获单个电子。这个系统显示出巨大的潜力，未来可以发展成为量子计算机的理想积木。
量子位的特殊之处在于它可以同时为0和1。物理学家有时将这种状态与著名的量子思想实验mdash相提并论；mdash薛定谔的猫。在这个实验中，藏在盒子里的猫在人们打开盒子之前，理论上可能是活的，也可能是死的。当量子比特很多的时候，这种叠加态给量子计算机带来了巨大的威力。因此，他们有朝一日可以解决任何经典超级计算机无法解决的复杂问题。
要实现一台有用的量子计算机，对量子比特的质量要求极高。虽然今天有各种形式的量子位，但没有一种是理想的。
什么是理想的量子比特？龚的科学家和该项目的首席研究员金说，它至少有三个突出的特点。
一个新的量子位平台:来自加热灯丝的电子落在固体氖(红色块)上，其中单个电子(波函数表示为蓝色)被超导量子电路(底部图案化芯片)捕获和操纵。(资料来源:金，阿贡国家实验室。)
首先，它可以长时间同时保持0和1的状态。科学家称之为长ldquo连贯性rdquo。理想情况下，时间是一秒左右，这是我们日常生活中在家里的时钟上可以感知到的时间步长。
其次，量子位可以在短时间内从一种状态变成另一种状态。理想情况下，这个时间大约是十亿分之一秒，这是经典计算机时钟的时间步长。
第三，量子比特可以很容易地与许多其他量子比特连接，以便它们可以彼此并行工作。科学家称这种联系为纠缠。
虽然众所周知的量子比特目前并不理想，但IBM、Intel、Google、Honeywell等公司以及很多初创企业都选择了自己最擅长的领域。他们积极追求技术进步和商业化。
ldquo我们雄心勃勃的目标不是和这些公司竞争，而是发现并构建一个全新的量子比特系统，从而形成一个理想的平台，rdquo金飞说。
虽然量子位类型有多种选择，但团队选择了最简单的一种mdashmdash单电子。你可以很容易地通过加热一个简单的灯丝来发射无限的电子，这种灯丝可能在儿童玩具中找到。
包括电子在内的任何量子位面临的一个挑战是，它对周围环境的干扰非常敏感。因此，该团队选择在真空中捕捉超纯固体氖表面的电子。
氖是少数不与其他元素发生反应的惰性元素之一。ldquo由于这种惯性，固体氖可以用作真空中最干净的固体，以携带和保护任何量子位免受# 8203；#8203;毁灭，rdquo金飞说。
我们量子位平台的一个关键组件是由超导体制成的芯片级微波谐振器。超导体mdashmdash无电阻金属mdashmdash允许电子和光子在绝对零度附近相互作用，能量或信息损失最小。
ldquo微波谐振器提供了读取量子位状态的关键方法。华盛顿大学物理学教授、论文高级合著者卡特·默奇(Kater Murch)表示，ldquo它专注于量子位和微波信号之间的相互作用。这使得我们能够通过测量来判断量子比特的运行。rdquo
ldquo基于这个平台，我们在历史上第一次实现了近真空环境中单个电子与谐振腔中单个微波光子的强耦合，rdquo阿贡大学博士后、论文第一作者景贤·周说，ldquo这开启了使用微波光子控制每个电子量子位并将其中许多连接到量子处理器的可能性。rdquo
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