解決量子點問題的新方法為量子系統中量子比特數量的擴展提供了前景，是量子計算領域的一項突破。研究人員開發出了一種方法，利用類似棋盤的方法，只需幾條控制線就能尋址許多量子點。這使得有史以來最大的門控量子點系統得以運行。他們的成果是為實用量子技術開發可擴展量子系統邁出的重要一步。

承載16 個量子點交叉陣列的量子芯片照片，與棋盤圖案無縫集成。每個量子點就像棋盤上的棋子，都可以通過字母和數字坐標系進行唯一識別和控制。圖片來源：Marieke de Lorijn for QuTech。圖片來源：Marieke de Lorijn for QuTech

量子點可用於容納量子計算機的基礎構件–量子比特。目前，每個量子位都需要自己的尋址線和專用控制電子設備。這非常不切實際，與當今的計算機技術形成了鮮明對比，在當今的計算機技術中，數十億個晶體管只需幾千條尋址線即可運行。

代爾夫特理工大學（TU Delft）和應用科學研究組織（TNO）合作成立的QuTech 公司的研究人員開發出了一種類似的量子點尋址方法。就像用字母（A 到H）和數字（1 到8）組合來尋址國際象棋棋子的位置一樣，量子點也可以用水平線和垂直線組合來尋址。棋盤上的任何一點都可以通過字母和數字的特定組合來定義和尋址。他們的方法將最先進的技術提升到了一個新水平，實現了16 量子點系統在4×4 陣列中的運行。

第一作者弗朗切斯科-博爾索伊解釋說：”這種解決量子點問題的新方法有利於擴展到多個量子位。如果使用一根線控制和讀出單個量子位，那麼數百萬個量子位就需要數百萬根控制線。這種方法不能很好地擴展。但是，如果使用我們的棋盤式系統來控制量子位，那麼數百萬量子位只需”使用”數千條控制線即可尋址，其比例與計算機芯片非常相似。線路的減少為量子比特數量的擴展提供了前景，是量子計算機的一個突破，量子計算機最終將需要數百萬量子比特。”

提高數量和質量

量子計算機不僅需要數百萬量子比特，量子比特的質量也極為重要。最後一位作者兼首席研究員門諾-維爾德霍斯特（Menno Veldhorst）說：”就在最近，我們已經證明，這些類型的量子比特可以以99.992% 的保真度運行。這是所有量子點系統中最高的，意味著每萬次操作的平均誤差不到1 次。通過開發複雜的控制方法和使用鍺作為宿主材料，這些進步成為可能，因為鍺具有許多有利於量子運行的特性”。

量子模擬的早期應用

由於量子計算正處於早期發展階段，因此我們有必要考慮如何以最快的速度實現實用的量子優勢。換句話說：量子計算機何時才能比傳統超級計算機”更好”？一個明顯的優勢是可以模擬量子物理，因為量子點的相互作用是基於量子力學原理的。事實證明，量子點系統可以非常有效地進行量子模擬。

Veldhorst說：”在最近發表的另一篇文章中，我們展示了鍺量子點陣列可用於量子模擬。這項工作是首次使用標準半導體製造材料進行的相干量子模擬。我們能夠對共振價鍵進行初級模擬。雖然這項實驗僅基於一個小型裝置，但在大型系統上執行此類模擬可能會解決物理學中的長期問題。”

未來工作

Veldhorst 總結道：”令人興奮的是，我們在向更大系統擴展、提高性能以及獲得量子計算和模擬機會方面邁出了幾步。一個懸而未決的問題是，我們能將這些棋盤式電路做多大，如果存在限制，我們是否能利用量子鏈路將許多棋盤式電路互連起來，從而構建更大的電路。”