量子計算機有著非常廣泛的應用場景，包括創造新材料、解決數學難題等等。雖然全球諸多實驗室都在推進量子計算，但仍面臨非常大的挑戰。其中一個核心問題就是構建穩定的量子比特（qubit），這是量子計算的基本單位。近日發表在《Nature Materials》期刊上的一項研究，為創建可靠的量子比特找到了新的候選方案。

該項目由奧地利科學技術研究所Katsaros 小組的Daniel Jirovec 教授領導，並和意大利科莫的L-NESS 跨大學中心的科研人員進行了緊密合作。研究人員利用空洞（holes）的自旋創造了這個量子位。每個空洞只是固體材料中一個電子的缺失。令人驚訝的是，一個缺失的帶負電的粒子在物理上可以被當作一個帶正電的粒子對待。當一個鄰近的電子填補了這個洞時，它甚至可以在固體中移動。因此，實際上被描述為帶正電的粒子的空洞正在向前移動。

這些空洞甚至帶有自旋的量子力學特性，如果它們彼此靠近，可以相互作用。Jirovec 解釋說：“我們在L-NESS的同事將幾種不同的矽和鍺的混合物層疊在一起，厚度只有幾納米。這使我們能夠將空洞限制在中間的富鍺層上。在頂部，我們添加了微小的電線–所謂的門（gates）–通過向它們施加電壓來控制空洞的移動。帶正電的空洞對電壓有反應，可以在其層內極其精確地移動”。

利用這種納米級的控制，科學家們將兩個空洞移到彼此附近，用它們的相互作用的自旋創造出一個四比特。但是為了使其發揮作用，他們需要對整個裝置施加一個磁場。在這裡，他們的創新方法發揮了作用。

在他們的裝置中，Jirovec 和他的同事們不僅可以移動空洞，還可以改變它們的屬性。通過設計不同空洞的屬性，他們用不到10毫特斯拉的磁場強度，從兩個相互作用的孔的旋轉中創造了量子比特。與其他類似的量子比特設置相比，這是一個微弱的磁場，它們採用的是至少十倍的強磁場。