2026年5月11日——可扩展的半导体量子处理器不仅需要优质的量子比特，还需要一种实用的连接方式。在一项发表于《自然》的新研究中，QuTech研究人员展示了在电子自旋量子比特移动的同时实现电子自旋量子比特纠缠的可能性。随后，他们利用这一能力在芯片上短距离传输了一个量子态。除了将电子在芯片上移动外，这种运动本身还可以控制量子操作，这为扩展，这为自旋量子比特处理器的扩展开辟了新的途径。

搭建传送带

自旋量子比特是单个电子自旋是单个电子自旋的量子态，可以将其想象为一根编码量子信息的微小磁针。在芯片上，该电子被捕获在“量子点”中，这是由金属栅极电压形成的电势中的一个微小凹陷。通过向一系列栅电极施加信号，研究人员创建了一个移动的电势最小值，类似于传送带，将量子比特从一个位置带到另一个位置。

这种穿梭对于可扩展架构至关重要，因为它允许将量子比特带到专用的双量子比特操作区，然后再将它们分开。“基于中性原子和俘获离子的量子比特已经具备这种功能，现在我们可以将自旋量子比特添加到列表中，”该论文的第一作者、代尔夫特理工大学QuTech的博士生Maxim De Smet表示。这种连接的相对灵活性意味着，通过减少整个阵列中所需的逐对耦合控制量，可以简化扩展过程。未来的传送线可以采用共享控制，实现量子比特的动态重新配置和互连。“我们花了很多时间来确保传送带的平滑运行，避免背景电势无序。一旦自旋在移动的量子点中保持良好的束缚良好，就可以将距离和时间作为相互作用的可调谐参数来控制相互作用的参数，并信任读出的结果，”主导了大部分实验实现的De Smet解释道。

该图描绘了一个可扩展的设计，其中自旋量子比特在静态存储区、用于双量子比特门的共享交互区和端点读出区之间穿梭，并且可以在并行传送通道之间进行可选移动，以实现灵活的连接。示意图显示，两个电子在行波电势中相互穿梭，直到它们相互作用，实现一个双量子比特门。纠错不仅仅关乎单个门的保真度。它还关乎连接量子比特，以及为此需要多少路由。

可调参数之所以重要，是因为论文中的核心操作是在移动的量子比特移动过程中执行的双量子比特门。两个自旋被加载到独立的移动约束电势中，并输送到阵列的中间。当它们相互靠近时，波函数重叠，交换相互作用作用于自旋。通过在固定中心势垒栅极电压的同时改变量子比特间距，可以调节相互作用，从而在实现双量子比特门的范围内运行。

一种舞蹈形式

De Smet将这一能力与一种更优雅的片上连接方式联系起来：“我们设想这可能演变成类似舞厅舞蹈，量子比特对形成，一起舞动一段时间，然后分开，之后再与另一个量子比特形成新的配对。”这种不受势垒限制、更灵活的移动在考虑纠错时尤为引人注目。“纠错注目。“纠错。“纠错不仅仅关乎单个门的保真度。它还关乎连接量子比特，以及为此需要多少路由。移动的自旋可以让你在需要的地方创建相互作用，从而为大型半导体量子比特芯片带来更高效的架构，”该文章的共同第一作者Yuta Matsumoto补充道。

读出结果与移动量子比特同样重要。“这一过程同样重要。“这项成就的一个实际部分是，我们能够读出发生了什么，而无需直接测量移动中的自旋，”Matsumoto说。量子比特移动到固定的读出站，芯片可以在那里成对比较自旋，并将该信息转换为电信号。“我们将所有这些元素整合在一起，演示了量子态传输。这并不是一个直接显示量子态‘隐形传态’的单一仪表盘，”他补充道。“你需要从整个序列的多个结果中拼凑出完整信息，这就是保持传送带和所有其他组件在长时间运行中稳定如此关键的原因。”

放眼全局，扩展规模

更宏观的图景在于，如果半导体平台持续扩展，它们能提供什么：高密度集成、可靠的制造，可靠的制造，以及从小型演示到包含多个功能区的芯片的路径。这项工作沿着该路线图又迈出了一步，表明由量子比特运动控制的计算可以在同一器件上支持多步骤协议。资深作者、QuTech首席科学家、代尔夫特理工大学教授Lieven Vandersypen将其置于更广阔的背景下：“半导体量子比特如此引人注目的原因在于，我们有望用推动经典芯片发展的相同思维来构建复杂量子硬件的前景。如果能够将优质量子比特与可扩展控制和集成相结合，硅将成为构建大型量子系统的天然选择。”