量子计算有望通过量子力学的固有特性大幅提升计算能力超越如今的超级计算机

最近几天，美国加州理工学院研究员Christina Psaroudaki和南洋理工大学教授克里斯特斯帕纳戈普洛斯提出了将柱头作为量子比特的想法，并表示其在实用性和可扩展性方面具有优势。

研究论文发表于当地时间8月4日《物理评论快报》，题目为《Skyrmion Qubits: A New Class of Quantum Logic Elements Based on Nanoscale Magnetization》。

量子计算有望通过量子力学的固有特性，大幅提升计算能力，超越如今的超级计算机在接受《The Paper》记者独家采访时，Psaroudaki表示，量子计算机是基于量子位的，量子位是由物理系统的特殊量子态来表示的与经典比特的0或1不同，量子比特也可以处于所谓的叠加态——，即0和1都存在为了实现量子计算机，目前正在寻找许多不同的候选人

论文表明，量子计算的核心是由原子，离子或电子等非常小的粒子组成的量子比特目前，超导电路是噪声中等规模量子计算方案的领导者之一，其尺寸是宏观的，但具有完美的量子特性虽然超导量子已经取得了很大的进展，但仍然存在很大的挑战，尤其是在控制和可扩展性方面

在磁性材料中，当局部原子的自旋取向发生偏离时，就会产生一种具有涡旋结构的准粒子，称为磁性斯蒂格曼这种准粒子的性质通常可以用拓扑电荷或螺旋度来描述

Smirnon有1/2自旋，因此可以用作量子比特由于其良好的稳定性，可操作性和可测性，可以作为量子计算的逻辑量子比特所谓逻辑量子位是指能够逻辑一致地实现量子位功能的单元，物理偏差和失效概率影响不大国盾量子的行业专家赵玉康告诉本报记者

磁思明可以非常小，达到纳米级，而且它是下一代信息存储和逻辑技术的候选磁斯米尔学是一个涉及经典斯米尔农自旋电子学发展的领域，它已经发展成为一个巨大而活跃的研究领域Psaroudaki说:我们提案的一个重要特点是利用斯米尔农领域的知识和最先进的技术，加速斯米尔农量子比特的发展思明的知识和技术可以直接利用和转移到我们提出的平台，并在实用性和可扩展性方面提供优势

史密斯量子比特

Psaroudaki和Panagopoulos提出的方案是利用束缚在磁性纳米盘中的稳定磁性Stigmans实现量子比特，利用电场连接不同的磁性纳米盘。

通过施加电磁场，可以控制磁斯蒂格曼量子化能谱中的离散能级，从而改变不同能级之间的螺旋度，这两个能级可以编码为此外，可以通过调节电磁场来控制量子比特的相干时间在该设计方案中，相邻磁性纳米盘的量子位也可以相互耦合，从而实现两位量子门操作最后，利用高灵敏度磁力仪可以完成量子信息的读取操作

国内量子团队的一名成员向《The Paper》记者详细介绍了这项研究中的磁gmin是如何用于量子计算的他说，这篇文章利用磁粒的准粒子中XY平面的自旋旋转角，以及这个自由度的量子化来进行量子计算根据参数不同，分为两种钻头理论设计

第一种是用Z方向自旋分量与平衡态的偏差来编码量子比特状态，0或1的偏差分别代表量子比特的0或1状态这种设计类似于超导比特中的电荷量子比特，它使用岛上的电荷数量来编码比特状态二是利用XY平面自旋的旋转角度对量子比特状态进行编码两个方向相反的角度分别代表量子位的0态或1态这种设计类似于超导比特中的磁通量比特，量子比特由顺时针和逆时针电流编码成员代表

Psaroudaki说，因为斯蒂格曼可以被电场和磁场操纵，所以多个斯蒂格曼量子比特的属性是可配置的，并且可以被优化这包括逻辑量子位状态和量子位寿命，这对实现稳定可靠的量子位非常重要，可以执行各种逻辑运算我们的工作表明，作为量子处理器的逻辑元件，Smirnson量子比特非常有吸引力，它正在应对量子比特技术——控制和可扩展性的关键挑战

本文表明，微波场的可扩展性，可控性，工作时标和非易失性读出技术相结合，使得Smirnon量子比特作为量子处理器的逻辑元件具有吸引力。

目前，Psaroudaki和Panagopoulos已经发现了几种候选材料，可以用来设计人工可控的磁性Smirnon量子比特他们预测，伴随着研究的发展，未来会出现越来越多的材料来实现这种磁性斯蒂格曼量子比特

在谈及Smirnko在量子计算领域的前景和挑战时，Psaroudaki表示，我们的工作处于两个不相关的研究方向的交汇点:——量子位场和Smirnko场前者旨在开发量子计算机，而后者旨在设计基于磁性斯米尔恩科的未来自旋电子器件我们的想法在西格尔电子和纳米磁性领域引入了一个新的方向，并为量子计算开辟了一条尚未开发的道路当前的挑战是实用性，即为特定功能设计架构

本文在二维磁性材料上构造量子比特，在物理上确实很有意义，开创了量子计算的新实现方法。但是因为这是一篇比较理论的文章，

，单比特自身状态，单比特操纵，比特间耦合，比特状态读取的讨论还停留在物理层面上，没有到实际设计层面上前述国内量子计算团队成员表示

赵于康表示，该论文的工作是实验了单个斯格明子的逻辑门操控能力，是一条新的量子计算可能路线，但距离实现还有差距，比如尚未实现扩展到多个斯格明子的耦合，逻辑量子比特所需的确定性操控和长时间保持能力验证还不充分。