量子计算的量子飞跃？

量子计算机在理论上可以以惊人的速度解决重要的计算问题，超越传统的计算机。但是，它们面临着主要的障碍：它们的基本计算单元，即量子比特，难以控制，并且容易受到热量或其他环境因素的干扰。现在，研究人员设计了两种量子比特，可能有助于解决这些挑战。

传统的计算机比特表示 1 或 0。但是，由于一种被称为叠加的奇怪量子效应——允许原子、电子或其他粒子同时存在于两种或多种状态，例如同时向相反方向“旋转”——单个由处于叠加态的粒子构成的量子比特可以同时包含两个数字。当多个量子比特“纠缠”（指将一个粒子的行为与它的伙伴联系起来的量子特性）时，计算能力会随着量子比特的数量呈指数增长。原则上，一台 300 量子比特的量子计算机可以同时执行比可观测宇宙中的原子数量更多的计算。

目前，基于粒子自旋方向的量子比特必须彼此间隔约 15 纳米——如果距离太远，它们的纠缠就会失败。但是，澳大利亚新南威尔士大学的量子工程师安德里亚·莫雷洛和他的同事现在声称已经设计出可以间隔高达 500 纳米的量子比特。这为控制量子比特的重要设备提供了更大的空间。为了创建一个所谓的“翻转-跳跃”量子比特（图示），将一个电子从原子核拉开一段距离。这会导致原子显示正负电极，可以在相对较大的距离上相互作用，研究人员在 9 月份的《自然通讯》杂志上报道。

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另一种提出的量子比特设计基于“准粒子”，准粒子是由带负电的电子与超导材料中带正电的“空穴”相互作用形成的。在 8 月份《自然》杂志报道的工作中，荷兰代尔夫特理工大学和埃因霍温理工大学的科学家及其同事创建了结构，其中一对分离的准粒子可以“编织”或交换位置，充当单个量子比特。它们之间的距离会减少环境效应同时扰乱两个粒子的机会，这可能使这种量子比特高度稳定，代尔夫特大学的量子物理学家、研究共同负责人郝章说。

两个团队都表示，他们希望尽快创建新量子比特的工作版本。“我认为科学家们仍在寻求新的途径来构建大规模量子计算机，这非常令人兴奋，”麻省理工学院的量子物理学家塞思·劳埃德说，他没有参与这两项研究。