伊利諾州利蒙特--(BUSINESS WIRE)--2026年4月30日--
美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）近日發明一種新型量子位元（qubit）平台，其噪音水平較大多數傳統量子位元低數千倍。該平台透過將單一電子困在冷凍氖氣表面構建，能有效減少環境干擾對量子位元性能的影響，有望成為高性能量子技術領域的有力競爭者。
「安靜的量子位元」：一個電子（以球體表示）由諧振器（紅色電線）控制，位於固態氖氣表面（球體下方的透明方形塊）。環境中的噪音（干擾，以扭曲表示）在電子和氖氣周圍變得安靜（清晰區域）。（圖片由韓旭／阿貢國家實驗室提供） AP圖片
量子運算潛力巨大，但噪音問題一直構成挑戰。現今的電腦和智能手機均以位元（bits）運作，這些微小開關只能處於0或1兩種狀態。量子電腦則採用一種特殊的位元，稱為量子位元（qubits），能夠同時處於0和1的狀態。更甚者，一個量子位元的狀態可以即時影響另一個量子位元的狀態，即使它們身處地球兩端。量子位元這些非凡特性，賦予量子電腦比傳統電腦指數級更強大的運算能力。
然而，量子電腦仍屬新興科技。量子位元對噪音極為敏感，這些噪音是指環境中微小的干擾，例如電磁場、熱力及粒子震動。因此，量子位元往往具有短暫的相干時間，即它們只能在極短時間內保留資訊，這使得量子電腦極易出錯。
現時大多數基於晶片的量子位元，均由半導體或超導體材料製成。半導體具有可控的導電性，而超導體則沒有電阻。在實驗中，業界領先的量子位元平台表現尚可。然而，基於半導體和超導體材料的量子位元，經常受到材料缺陷、內嵌電荷及製造變異性所產生的噪音困擾。
而「電子-氖氣」量子位元則有望解決這些限制。由於固態氖氣具有化學惰性且不含雜質，其本質上比半導體或超導體材料安靜得多。
系統性噪音特性分析
這項研究在美國能源部科學辦公室用戶設施納米材料中心（Center for Nanoscale Materials）進行，透過系統性噪音特性分析，評估該平台的「安靜」程度。分析過程涉及將精確計時的微波脈衝序列，以不同頻率導向穿過諧振器。這些序列用於操控量子位元，並探測其局部環境中的噪音。
研究團隊發現，氖氣量子位元平台的噪音水平，較大多數半導體量子位元低10至10,000倍，足以媲美最低的半導體噪音紀錄。除了卓越的噪音特性外，氖氣量子位元的製造過程亦比半導體和超導體量子位元更簡單、成本更低。
這項由阿貢國家實驗室與聖母大學（University of Notre Dame）共同領導的新研究，已於《自然電子學》（Nature Electronics）期刊發表。
（美聯社）
