基於自旋的量子計算機具有解決普通計算機無法解決的數學難題潛力，但在使這些計算機具有可伸縮性方面仍存在許多問題。現在由理研中心(RIKEN Center for Emergent Matter Science)領導的一個國際研究小組已經為量子計算設計了一個新的架構。通過構造一個由兩種不同類型的qubit(量子計算機的基本計算元素)組成的混合設備，他們創建了一個可以快速初始化和讀取的設備，同時還能保持高控制保真度。在這個傳統計算機似乎已經達到極限的時代，量子計算機（利用量子現象進行計算的計算機）已經被吹捧為潛在的替代品，它們能夠以一種非常不同、而且可能快得多的方式解決問題。
博科園-科學科普：然而事實證明，將它們擴展到執行實際計算所需大小是很困難的。1998年丹尼爾·洛斯(Daniel Loss)和IBM的大衛·迪維森佐(David DiVincenzo)提出了一個建議，利用嵌入在一個量子點(quantum dot)中的電子自旋來構建一個量子計算機。從那以後，洛斯和他的團隊一直在努力建造實用的設備。就速度而言，開發實用的設備有許多障礙。首先設備必須能夠快速初始化。初始化是將一個量子位放入特定狀態的過程，如果不能快速完成，就會減慢設備的速度。其次必須在足夠長的一段時間內保持一致性，以便進行測量。相干是指兩個量子態之間的糾纏，最終用於測量，例如如果量子位元由於環境噪聲而變成脫相干，那麼器件就變得一文不值。最後量子位的最終狀態必須能夠被快速讀出。
雖然已經提出了許多建立量子計算機的方法，但是由Loss和DiVincenzo提出的方法仍然是最實際可行的方法之一，因為它是基於半導體，而半導體已經有一個大的工業。在最近發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項研究中，研究小組將兩種戒菸方式結合在了一個設備上。第一種是一種單旋轉的量子位元，叫做“損失-占卜量子位元”，它具有很高的控制精度——這意味著它處於一個清晰狀態，這使它成為計算的理想狀態，並且有很長的退相干時間，因此它將在一個給定狀態中停留相當長的一段時間，直到它的信號丟失到環境中。
不幸的是，這些量子位的缺點是它們不能快速初始化為狀態或讀出。第二種類型稱為單let- trilet量子位，它很快被初始化並被讀出，但很快就變成了decoherent。在這項研究中，科學家們將這兩種量子門與一種被稱為受控相位門的量子門結合在一起，這種量子門允許自旋態在量子位元之間以足夠快的速度糾纏在一起，以維持相干性，從而使單自旋量子位元的狀態可以被快速單-三聯體量子位元測量讀出。根據CEMS的Akito - Noiri(本研究的主要作者)，已經證明可以在單個設備上組合不同類型的量子點以克服它們各自的限制。這為量子計算機的可擴展性提供了重要的見解。
博科園-科學科普｜研究來自：RIKEN
參考期刊文獻:《Nature Communications》
論文DOI：10.1038/s41467-018-07522-1
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