未来的量子计算机可能会使用基于 20 世纪 90 年代被遗忘的研究的奇异“无错误”量子比特设计

量子位可以通过将悬浮的电子漂浮在液氦池上来制造，而不是将它们嵌入固态晶体中——这会导致杂质和错误。

一项新的研究表明，由漂浮在液氦顶部的电子制成的量子比特有一天可以为下一代量子计算机提供动力。

虽然为经典计算机提供动力的位将数据编码为 0 或 1，但量子位可以是这两种状态的叠加，这意味着它们在处理计算时可以并行占据这两种状态。以这种方式构建的计算机有一天会比当今最快的超级计算机强大得多，并有望在药物发现和应对气候变化等多个领域带来变革。

量子位通常是通过操纵电子在自旋向上和自旋向下位置（代表 1 和 0）之间的自旋状态来形成的。 

用作量子位的其他粒子包括捕获离子、光子、人造或真实原子以及准粒子，根据微软的说法，大多数量子位通过将超导金属（包含粒子）冷却到绝对零来实现叠加。

但在 11 月 9 日发表在《应用物理评论》杂志上的一项研究中，科学家们认为这种构建量子位的传统方法具有挑战性。这是因为电子和固态晶体（包括金属）的结合会在材料中产生杂质。这意味着量子位不均匀，进而导致量子位在计算过程中失败的可能性更高。

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科学家们在一份声明中表示，这些缺陷可能会导致几个问题，包括“不可预测的电势”和难以产生“许多均匀的量子位”。这也意味着增加量子系统中量子比特的数量将放大错误率。

这促使科学家们提出了一种新型量子位的蓝图，理论上该量子位不会出现此类错误。他们认为，让电子漂浮在液氦池上方的真空中不会给系统带来任何缺陷。这意味着未来量子计算机实现量子霸权（量子计算机的能力超越经典计算机）所需的量子位要少得多，因为您不需要考虑高量子位故障率。

“固态晶体总会有一些缺陷，这意味着我们无法为电子创造完美的环境，”该论文的主要作者、RIKEN 量子计算中心的物理学家Erika Kawakami说道。在日本，在声明中。 “如果我们想创建大量统一的量子位，那就有问题了。因此，最好将量子位置于真空中。”

以过去的研究为基础

这种量子位方法并不新鲜。 1999 年，科学家提出了一个物理系统，其中漂浮的电子在距离液氦表面不远的真空中形成量子位。

但由于量子计算研究还处于早期阶段，这项研究只涉及量子门——量子数学运算的一个重要但基本的组成部分，由一小部分量子位组成。 量子门是量子电路的基础，主要用于创建量子算法。

在过去的几年里，量子计算研究取得了巨大进步，导致川上和她的同事们用一种新理论扩展了之前的研究，其中混合量子位是由两种不同状态的浮动电子形成的。 “电荷态”利用电场，可以通过电场轻松地在中等距离内操纵电子，而“自旋态”可用于稳定地存储数据。由于这两种状态之间的相互作用，数据在这两个属性之间传输。

他们提出了一种系统，该系统使用无数小的铁磁柱将电子捕获在液氦顶部，从而允许超过 1000 万个量子位放入邮票大小的区域。在这项研究的下一阶段，科学家们希望通过原型进行实际实验来检验他们的理论。

川上补充道：“我们提出了如何使用氦气上的电子来实现单量子位和双量子位门，并估计了它们的保真度。” “我们还指定了如何扩大量子比特的数量。这是新事物。”