陈根：量子空穴，或将破解量子比特运行密码

文/陈根

量子比特(Qubit)是量子计算机系统中最小的数据存储单位，类似于经典计算过程中的比特。

目前，较为流行的量子比特类型是超导材料上的量子比特，或单原子上的量子比特。与此同时，量子技术也已在多个领域得到应用，比如量子计算机。

量子计算机拥有着传统计算机不可比拟的优势，但是，量子运行的不稳定性一直困扰着科学界，这也让量子技术达不到投入量产的成熟状态。

之前，学界一直认为制造量子比特的一种方法是利用电子的自旋，而为了使量子计算机尽可能的快速运转和节约能耗，往往操作它们的是普通电极的电场。

虽然自旋一般情况下不会与电场直接进行相互作用，但在一些材料中，自旋会与电场进行间接相互作用，这一现象被称为“自旋轨道相互作用”。当这种相互作用很强时，任何运行速度的提高都会被认为被相干性的损失所抵消。

也就是说，如果电子与实验室中施加的电场进行相互作用，那么在波动的电场（通常称为“噪声”）中，这些电子上的量子信息就会被破坏掉。然而，最新的研究表明，使用“空穴”的话这种担心就是不必要的。

“空穴”可以被视为去掉一个电子，其行为类似于带正电的电子。以此方式，可以使量子比特变得坚固，从而能够抵抗源自固体本底的电荷波动。

另外，量子比特对噪声最不敏感的“最佳位置”，也是它达到最快运行速度的位置，这也就意味着这个位置上的量子信息可以被最长时间的保留。这一理论对于构建一个稳定的比特阵列以及发展微型量子计算机提供了重要策略，助推量子技术进一步发展。