理研新興物質科學中心的研究人員展示了一種基于硅的三量子位量子計算機制——為增加可擴展性開辟了道路，而不僅僅是在給定系統上增加總量子位。以前，量子位只顯示在糾纏對中工作——這項研究表明糾纏(以及計算)實際上可以在三個量子位之間進行劃分。

量子計算基于量子位——現代晶體管的量子等價物。但是，雖然典型的晶體管在任何時間點只能表示一個值(該值為零或一)，但量子位受益于量子物理學的疊加機制，這意味著它們可以同時表示兩種狀態。

到目前為止，量子計算系統通過糾纏兩個不同的量子位來工作，這使它們能夠協同工作以解決任何復雜的工作負載(糾纏意味著量子位完美地相互鏡像，并且一個量子位狀態的任何變化都會立即復制到另一個)。如果您將每個量子位視為單個核心，那么該研究現在將可以同步工作的最大量子位(“核心”)數量從之前的兩個量子位最大值增加到三個。理論上，您現在可以構建多個三核量子計算細分，而不是雙核。

因此，這項研究對量子縮放以及量子算法的復雜性具有多種影響。參與其中的研究人員之一 Seigo Tarucha 解釋說：“(...) 兩量子位操作足以執行基本的邏輯計算，但三量子位系統是放大和實施糾錯的最小單位。”研究人員使用目前正在探索的一種方法作為量子計算的推動者：三個硅量子點，它們由硅/硅-鍺異質結構構成，并通過鋁門控制。每個硅量子點都有一個電子(帶負電的粒子)，它會隨著強大的片上磁鐵改變其自旋狀態。磁鐵會產生磁場梯度，從而將三個量子位的共振頻率分開，從而使它們能夠被單獨尋址。

這對于結果的糾錯具有重要意義。像我們的個人電腦這樣的圖靈機內部已經有了深度糾錯協議，可以確保計算的有效性。這種糾錯要求在量子領域還處于起步階段，這就是為什么這個演示如此重要。根據研究人員的方法，第三個量子位現在可以用作計算的助手，有助于實現 88% 的非常高的(對于量子計算)狀態保真度。

與量子計算相關的一切都還處于起步階段，可擴展性是這里的關鍵詞，研究人員將繼續探索他們的理論已經可以用他們的技術實現的目標。

“我們計劃使用三量子位設備演示原始錯誤校正，并制造具有十個或更多量子位的設備，”Tarucha 說。“然后我們計劃開發 50 到 100 個量子位并實施更復雜的糾錯協議，為十年內大規模量子計算機鋪平道路。” 世界在等待。