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量子计算机是信息科学领域的一种圣杯。它们固有的计算优势来自于其基本的计算单元，即量子比特（“qubit”）。与经典计算机中的数字比特只能是 0 或 1 不同，量子比特可以同时是 0 和 1，这为更强大的计算打开了大门。虽然基于量子比特的可用计算机仍然是一个遥远的幻想，但研究人员仍在不断朝着实现它们的目标迈进。
来自伦敦大学学院、犹他大学和塔拉哈西佛罗里达州立大学的新研究表明，量子计算机的开发又向前迈进了一步。该团队表明，通过使用强大的磁场和极低的温度（低于 –450 华氏度 [–270 摄氏度]），他们可以使用电流读取硅晶片中电子的状态（潜在的量子比特），并能够显着延长这些量子比特的可用寿命。该论文发表在《物理评论快报》杂志上。
普林斯顿大学电气工程学教授斯蒂芬·里昂（未参与这项研究）表示，读取量子比特的状态（编码在称为自旋的属性中）是量子计算的主要挑战之一。他特别指出，研究人员最终需要能够测量单个量子比特的自旋状态，就像经典计算机可以读取和写入单个比特一样。
犹他大学的博士后物理学家、该研究的合著者戴恩·麦卡梅表示，一种方法是“将量子信息映射到流经设备的电流上”。换句话说，研究人员在操纵自旋时跟踪流经设备的电流。里昂说，量子读出“几乎肯定必须以电气方式完成，才能获得我们需要的灵敏度。”
该小组的设置是在硅晶片中用磷原子替换硅原子，引入一个额外的“施主”电子，该电子可以被操纵和测量。然后，麦卡梅说，研究人员使用毫米波辐射来调整电子的自旋，同时监测流经的电流。他表示，总的来说，自旋样本中有数千个量子比特电子——该系统还不够灵敏，无法检测单个量子比特甚至少量量子比特群的自旋。
麦卡梅说，使用硅的优势在于“它与传统的半导体器件兼容”。“你可以使用许多相同的处理技术。”马里兰大学纳米中心的资深研究物理学家布鲁斯·凯恩对此表示赞同：“这项工作是朝着表明电子器件（如传统电子器件中的晶体管）有一天可能用于测量硅中单自旋量子比特迈出的重要一步。”
麦卡梅和他的合著者写道，问题在于施主电子的自旋以电气方式可读的时间不长，在使用这种检测的先前研究中仅为百万分之二秒。该团队通过应用强磁场（约为先前实验中使用的磁场强度的 25 倍）来对齐自旋并降低温度，将自旋的寿命延长了 50 倍。
凯恩强调，这项研究尚未将该领域推到实用量子计算的门槛。“虽然这是一个令人鼓舞的结果，”他说，“但这离测量硅中电子量子比特所需的条件还差得很远。”他说，缩小到单自旋灵敏度将是一个挑战，特别是考虑到电流容易干扰自旋。
“在我们能够可靠地读出单个施主之前，我们还有很长的路要走，”里昂指出，并补充说，这“是沿着这条道路迈出的重要一步。”