2026年7月29日——QuTech的研究人员展示了一种半导体量子电路，其中移动的量子比特在处理量子信息中起到了积极作用。实验中，单个量子比特穿越硅芯片与另外四个量子比特连接，收集检查错误所需的信息，且不干扰处理器。这表明运动如何让量子芯片更易于连接、减少拥挤、并更具可扩展性。该成果发表于《自然》期刊。

在一个新型硅基量子处理器中，一个单电子自旋量子比特通过一条穿梭总线在芯片上传输量子信息。途中，它会依次访问停靠在相邻“公交站”的四个自旋量子比特，逐一与它们发生相互作用，然后返回进行测量。这使得同时对四个量子比特进行检查成为可能：这是量子纠错的关键操作。

穿梭在这个要求严苛的设置中表现良好。在将设备作为五量子比特处理器运行时，最大的误差并非来自移动量子比特，而是来自量子比特对之间的相互作用。“关键的一步不仅仅是我们能很好地穿梭一个自旋量子比特，”代尔夫特理工大学QuTech的博士生Brennan Undseth表示，“而是我们能将其作为量子电路的一部分来使用。”

自旋量子比特的“公交”

实验中的核心操作称为奇偶校验。这是一种向一组量子比特提出简单问题的方式：它们处于偶数还是奇数配置？这个问题听起来可能抽象，但它是量子纠错的基本工具之一。量子计算机不能简单地复制和检查其量子比特，因为直接测量会破坏其中存储的信息。相反，必须间接寻找错误信号。奇偶校验提供了这些信号。

“对于奇偶校验，一个辅助量子比特需要从多个数据量子比特收集信息，”Undseth说。“挑战在于在不干扰你想要保护的量子态的情况下获取这些信息。穿梭为我们提供了一种自然的方式来实现这一点。我们将辅助量子比特带到数据量子比特旁边，而不是强迫每个量子比特都紧挨着辅助量子比特。”

这在概念上与传统自旋量子比特器件截然不同，后者的电子位于固定的量子点中。这使得它们高度可控，但也限制了哪些量子比特可以相互作用。在附近添加读出结构和控制线也会使密集的芯片变得拥挤。新器件的构造方式不同。它有一个读出区域、一条穿梭总线和沿该总线分布的四个站点。四个数据量子比特位于这些站点，用于存储量子信息。第五个量子比特，称为辅助量子比特，可以沿着总线移动，并依次与四个数据量子比特相互作用。然后测量辅助量子比特，结果显示整个组的奇偶性，而无需直接测量每个单独的数据量子比特，这是量子纠错的关键要求。

关键的一步不仅仅是我们能很好地穿梭一个自旋量子比特，而是我们能将其作为量子电路的一部分来使用。”

迈向基于自旋量子比特的纠错

对于Lieven Vandersypen而言，这一结果改变了研究人员能够实际设计的内容：“自旋量子比特之所以有吸引力，是因为它们体积小且与半导体制造工艺兼容，”Vandersypen说。“但小量子比特也需要一种可扩展的方式来相互连接。这个实验表明，穿梭可以在实际量子电路内部提供这种连接性。”

图景正变得越来越清晰：我们可以将穿梭作为一种可靠的途径，实现可扩展的纠错。

未来的处理器不必要求每个部分都完成所有任务，而是可以划分不同区域用于不同功能：存储量子比特、使它们相互作用以及读出。穿梭将连接这些区域。其他量子计算平台，如中性原子和 trapped ions，也在利用这些概念，但半导体自旋量子比特更小，移动速度更快。

下一步是在更大的电路和完整的量子纠错协议中使用相同的思路。这将需要更多的移动量子比特和读出资源，以及更好的双量子比特相互作用。但实验表明，穿梭可以成为硅基自旋量子比特处理器构建方式的核心部分。

“还有工程挑战需要解决，”Vandersypen说。“但图景正变得越来越清晰。我们可以利用穿梭在正确的时间连接正确的量子比特，这为自旋量子比特提供了一条通往可扩展纠错的可靠途径。”