儘管量子計算的未來十分值得期待，但目前仍有許多問題有待解決，比如一次控制幾十個量子比特。 現在，新南威爾士大學（UNSW）的研究人員們，已經找到一種獨特的方法。 據悉，通過在晶元中添加一組晶體棱鏡，即可同時控制數百萬個量子比特。

概念圖（來自：UNSW / Tony Melov）

如上圖所示，晶體介電諧振器有助於將微波能量集於到磁場，並藉助該磁場來控制矽晶元中量子比特的旋轉（藍色箭頭）。

傳統計算機以「0」和「1」組成的二進位方案，來存儲和處理資訊。 不過在量子計算機中，還存在著同時為”0″或”1″的量子態。

研究配圖 – 1：用於片外 ESR 和 DR 模擬的設備堆疊

儘管因此擁有了巨大的處理性能潛力，但量子計算機仍存在著一些難以被克服的問題。

據悉，在矽量子處理器中，資訊被編碼到電子的”上下自旋”中，以分別代表”0″和”1″。

通常情況下，相關操作是通過與量子比特一起運行的電線所產生的磁場調節來實現的。

研究配圖 – 2：具有鎖存自旋阻塞讀出的矽雙量子點

截止目前，概念驗證用的量子計算晶元，已經演示了對數十個量子比特的控制方法。

但要實現真正強大的運算，至少需要數十萬、甚至數以百萬級的量子比特。

尷尬的是，電力佈線會佔用晶元中的寶貴空間，併產生過多的熱量。

研究配圖 – 3：ESR 結果

好消息是，新南威爾士大學團隊提出了一套新方案，能夠同時向大量量子比特傳遞電磁場。 助其實現這一目標的，就是一種被稱作「介電諧振器」的晶體棱鏡。

位於矽晶片正上方的該裝置，能夠將微波引導並聚焦到低於1毫米的波長，從而產生一個可用於控制下方量子比特自旋的磁場。

研究通訊作者 Jarryd Pla 表示，這項技術有兩大創新點：

首先，我們無需投入大量功率，來為量子比特提供強大的驅動磁場，因而發熱量也不會太大。

其次，整個晶元的磁場非常均勻，那樣就算規模達到百萬級的量子比特，也可基於同樣的方案來實現控制。

Engineers Make Critical Advance in Quantum Computer Design（via）

在當前的實驗中，研究團隊已能夠利用該磁場來翻轉單個量子比特的狀態。 不過想要同時產生兩種狀態的疊加，仍依賴於進一步的研究。

研究團隊表示，該方案有望最終實現一次對 400 萬個量子比特的控制。 有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《科學進展》（Science Advances）雜誌上。

原標題為《Single-electron spin resonance in a nanoelectronic device using a global field》。