量子计算领域的量子飞跃？

理论上，量子计算机在解决重要问题方面可以远远胜过传统计算机。但它们面临着重大障碍：它们的基本计算单元，称为量子比特或量子位，难以控制，并且容易受到热量或其他环境因素的破坏。现在，研究人员设计了两种可能有助于解决这些挑战的量子比特。

传统计算机的比特表示 1 或 0。但由于一种被称为叠加的奇异量子效应——它允许原子、电子或其他粒子以两种或多种状态存在，例如同时在相反方向“旋转”——由处于叠加态的粒子组成的单个量子比特可以同时包含这两个数字。当多个量子比特“纠缠”（指的是将一个粒子的行为与其伙伴的行为联系起来的量子特性）时，计算能力可以随着量子比特的数量呈指数级增长。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原子数量更多的计算。

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目前，基于粒子自旋方向的量子比特必须相距约 15 纳米——任何更大的距离都会导致它们的纠缠失败。但澳大利亚新南威尔士大学的量子工程师安德烈亚·莫雷洛 (Andrea Morello) 及其同事现在声称已经设计出可以相距 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-翻转量子比特（图示），电子被拉离原子核一定距离。研究人员在 9 月份的《自然通讯》杂志上报道称，这会导致原子表现出正负电极，它们可以在相对较大的距离上相互作用。

另一种提议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 月份发表在《自然》杂志上的一项工作中，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一种结构，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。代尔夫特大学的量子物理学家、研究共同负责人张昊说，它们之间的距离将降低环境影响同时扰动两个粒子的可能性，这可能使此类量子比特高度稳定。

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。马萨诸塞理工学院的量子物理学家塞思·劳埃德 (Seth Lloyd) 说：“我认为科学家仍在寻求构建大规模量子计算机的新途径，这非常令人兴奋”，他没有参与这两项研究。