移动量子比特：硅芯片上的量子计算新突破

2026年5月6日，代尔夫特理工大学的研究人员在《自然》杂志上发表成果，首次证明可以对在硅芯片上移动的电子自旋执行双量子比特逻辑门操作。这一突破有望重塑可扩展量子处理器的发展路径。

移动量子比特，开启新可能

该团队由 QuTech 的 Lieven Vandersypen 领衔，采用了一种称为“传送带模式穿梭”的技术——通过向栅极电极施加相移电信号，产生行波势，将单个电子携带在移动的量子点内，跨芯片传输。这种方法并非将量子比特固定在原位、再通过复杂的布线传递信息，而是直接对携带量子信息的载体本身进行物理传输。

“如果能让两个电子自旋仅通过相互靠近来发生相互作用——每个电子都在行波势阱的极小值中传播——会怎样？”Vandersypen 在一篇描述该工作的文章中写道。研究人员通过调节电子间的空间间距来控制相互作用强度，最终实现了平均约 99% 的双量子比特门保真度。此外，他们还在空间上相互分离的量子比特之间实现了量子态隐形传输，平均门保真度达到 87%。

为何这对量子扩展至关重要

这一架构解决了量子计算中的核心难题之一：如何在不依赖繁杂控制线路的情况下连接相距较远的量子比特。可移动量子比特能够在运行过程中实现动态、可重构的连接模式，允许同一硬件上运行不同的量子纠错码，并支持划分专用功能区域，用于测量或纠缠生成等任务。arxiv

尤为关键的是，该器件采用同位素纯化的硅锗材料制造——这与标准半导体制造工艺完全兼容。与需要特殊材料或复杂光学装置的其他平台相比，这种与现有芯片制造基础设施的兼容性使该方案脱颖而出。

群雄并进：硅基量子计算领域竞争加剧

这篇发表于《自然》的论文，恰逢硅基量子计算领域掀起一股研究热潮之际。今年4月，QuTech研究人员在六个硅自旋量子比特上成功演示了可编程量子电路；另一支团队则展示了新型自旋量子比特读出方法，有望降低大规模处理器的布线复杂度。4月27日，Vandersypen在普林斯顿量子学术研讨会上介绍了这一量子比特穿梭新范式。

研究人员预期，对移动量子比特的操控“将成为未来大规模半导体量子处理器的通用特性”。arxiv