未來的單電子電路由量子點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，這需要一種機(jī)制，能夠?qū)㈦娮訌碾娐返囊粋€(gè)功能部分傳輸至另一個(gè)部分。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)9月21日?qǐng)?bào)道，英國劍橋大學(xué)的研究人員找到了一種新方法，可使單個(gè)電子在兩點(diǎn)間往返運(yùn)動(dòng)，如同打電子“乒乓球”一般。這一進(jìn)展或可為量子信息的傳輸提供重要的技術(shù)支持，可能成為研發(fā)量子計(jì)算機(jī)的重要一步。相關(guān)研究報(bào)告將發(fā)布在9月22日出版的《自然》雜志上。

      以參加派對(duì)為例，當(dāng)你想要穿過擁擠的人群走到房間的另一端去和某個(gè)朋友說話時(shí)，你需要不停避開面前的人群，或是停下來，與幾個(gè)朋友寒暄一番，待走到目的地時(shí)，怕是早已忘記了自己想說什么。如果有一條通道，可以讓你越過喧鬧的人群，直接到達(dá)目的地，豈不美哉？

      與上述情況類似，電線傳導(dǎo)電流時(shí)單個(gè)電子在其中并不是直線往前移動(dòng)，從一端直達(dá)另一端，而是在一大群電子中擠來碰去，沿著復(fù)雜蜿蜒的路徑行進(jìn)。這在電子運(yùn)送信息時(shí)就成了問題，可能出現(xiàn)量子態(tài)缺失連貫性的情況，導(dǎo)致其攜帶的量子信息丟失。

      為了解決這一難題，劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究人員在砷化鎵材料中構(gòu)建了兩個(gè)量子點(diǎn)，并在兩點(diǎn)之間建立起一個(gè)高能通道。電子在其間運(yùn)動(dòng)，就相當(dāng)于越過了其他電子，從而實(shí)現(xiàn)了單個(gè)電子在兩個(gè)量子點(diǎn)之間的快速傳輸。此外，傳輸?shù)姆较蜻€可以反轉(zhuǎn)，相當(dāng)于像打乒乓球一樣將這個(gè)電子“拍”回來。研究數(shù)據(jù)表明，可使同一個(gè)電子前后往復(fù)移動(dòng)60余次而不出現(xiàn)差錯(cuò)，無失誤移動(dòng)的累積距離可達(dá)0.25毫米。這樣，局限于量子點(diǎn)之間的通訊就可擴(kuò)展到分散的量子信息處理部件和設(shè)備的集成，例如在量子計(jì)算機(jī)的處理器和存儲(chǔ)器之間建立通訊線路，進(jìn)行量子比特的傳送等。

      研究主導(dǎo)人員克里斯?福特說，此項(xiàng)成果增加了量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的技術(shù)可能性。雖然有關(guān)量子計(jì)算機(jī)的研究多如牛毛，但此前有關(guān)連接計(jì)算機(jī)內(nèi)不同部件的成就卻少之又少。盡管新研究尚未顯示電子是否可以記住自己的量子態(tài)，但這種設(shè)想十分有可能。同時(shí)，以此種方式運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子會(huì)較少受到干擾，有利于保持其所攜帶的量子信息，在量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中，可以用這種方式來構(gòu)建處理器和存儲(chǔ)器等部件之間的通信線路。而通過分離對(duì)于量子比特的操控和測量，并提供在電路內(nèi)各部分傳送電子的途徑，能有效降低量子計(jì)算機(jī)的不連貫性和電路的復(fù)雜性。