澳大利亚科学家将嵌入硅芯片的两个电子自旋连接起来，形成双量子比特门，这是量子计算机的基本构件。该门比任何其他类型的门快200倍，只需要0.8纳秒就能完成运算，并且使用了以高精度和极低噪声著称的基于原子的量子比特。

悉尼新南威尔士大学的研究团队在《自然》杂志上报道称，该设备属于一种叫做SWAP门的类型，在这种类型中，量子信息在两个量子位之间交换：电子自旋附着在嵌入硅晶体中的磷原子上。

门的速度来自两个原子的紧密接近，相距只有13纳米。在这个小小的分离中，它们的相互作用可以非常强烈，但仍然受到严格控制。虽然它们是孤立的，但它们足够近，可以被电压推到一起，实现信息交换。

团队负责人、2018年澳大利亚年度人物米歇尔西蒙斯表示，制造设备所需的精度已经达到了人类可能达到的极限。

“很多人认为这是不可能的。为了将自然控制在最低水平，这样我们就可以创建两个量子位之间的相互作用，我们可以单独与每个量子位交谈，而不会干扰其他量子位，这是不可思议的，”她说。

“凭借我们独特的制造技术，我们已经证明，我们可以以非常高的精度读取和初始化硅中原子量子位上的单电子自旋。

“我们还证明了我们的原子级电路具有最低的电噪声，可以用在任何连接半导体量子位的系统中。”

现在，该团队已经创建了一个双量子位门，并计划将它们结合起来，构建一台完全成熟的量子计算机。它的目标是一个10位集成电路，它的目标是在未来三到四年内创造它。

两个量子比特门是朝着这个目标迈出的重要一步。它相当于传统计算机中的逻辑门。此外，当与单个量子比特门结合时，它可以用来运行任何量子算法。

新南威尔士大学的研究小组使用扫描隧道显微镜来分析每个电子轨道的确切形状，称为波函数，以便计算可扩展处理器所需的最佳角度和距离。

西蒙斯说：“我们实际上可以直接用扫描探针尖对波函数进行成像，并将其输入数学模型，以找到设计它的最佳方法。

令人惊讶的是，使用非对称量子比特可以更好地运行门。一个量子位是三个磷原子群中的一个电子，而第二个量子位只包含两个原子。

该团队还发现了一种提高量子位初始化和读取速度的方法，即增加了一种称为坦克电路的电路，该电路使用交流电而不是直流电进行测量。

量子计算机的功率随着量子比特的数量呈指数增长，但西蒙斯指出，在实现功率之前，需要量子纠错和额外的量子比特来纠正错误。

“要制造一台通用量子计算机，你必须确保错误不会累积，”她说。

“因此，您可以使用辅助量子位来包围数据量子位，并且您可以将它们与它们纠缠在一起，以便在不干扰数据量子位的情况下检测正在发生的事情。

“纠错是一个复杂的过程，这对于大型计算机来说是必要的，并且会增加最终所需的物理量子比特数。

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