美國萊斯大學科學家近日研製出一種微型的「電子高速公路」「量子自旋霍爾拓撲絕緣體」。研究人員表示，這種微型裝置將來可用於製造量子計算機所需的量子位元，這一研究成果將大大促進量子計算機的研究進展。
杜瑞瑞教授表示：「原則上，我們根本不需要太多的量子位元來製造強大的計算機。根據資訊的密度，乙個擁有10億個電晶體的矽微處理器的計算能力大概相當於乙個僅僅擁有30個量子位元的量子處理器。」
在量子計算機的研製競賽中，各國研究人員採用了許多種製造量子位元的方法。不管什麼方法，乙個普遍的問題就是如何確保將資訊編碼為量子位元而又不會因為量子波動而隨時間變化。這就是乙個容錯問題。
杜瑞瑞等人所採用的技術就是「拓撲量子計算」。這種拓撲方案有望比其他型別的量子計算機容錯能力更強，因為在一台拓撲量子計算機中每個量子位元都是由一對量子粒子製成，它們實質上擁有不可變的共享特性。需要特別指出的是，物理學家相信，這種粒子可以通過將像杜瑞瑞等人研製的「量子自旋霍爾拓撲絕緣體」與超導體結合研製而成。
拓撲絕緣體擁有一些奇怪的特性。儘管電流無法通過它們，但可以在它們狹窄的外邊緣周圍通過。克尼茲解釋說，如果一小塊拓撲絕緣體附於一塊超導體之上，這種裝置或可能用於生產製造量子計算機的量子位元。克尼茲花了一年多時間來完善這種技術，用於生產萊斯拓撲絕緣體。這種裝置是利用商業半導體製成的。杜瑞瑞表示，這是首個利用物理學家已知的材料製成的兩維拓撲絕緣體。「我們正在向量子計算機邁出了重要一步。然而，只有實驗才能夠證明它們是否適合製造穩定的量子位元。」
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