量子電腦通常依賴量子位元(qubit)—— 一種一旦被擾動就會喪失量子態的脆弱資訊單位。要打造大型、穩定的機器,就必須把量子位元隔絕於雜訊之外,而這往往需要接近絕對零度的環境和龐大的控制設備。一條新方向,則是改用「磁振子」。
磁振子是電子自旋在磁性材料中傳遞的集體漣漪 —— 一種微小的磁波,可以用射頻工具來產生、引導和探測。過去數十年,它被認為壽命太短、不足為用。近期工作顯示,在合適的固態材料中,磁振子可以維持足夠長的量子相干性,成為承載量子資訊的載體,如同在量子位元之間傳遞資料的總線。
磁振子之所以重要,在於「規模」。目前量子處理器受限的不僅是量子位元品質,還有連接每個量子位元所需的布線與控制線。基於磁振子的「資訊高速公路」,可以跨晶片傳遞量子訊號,而不用為每個量子位元單獨接線,從而簡化架構、從源頭減少熱量與錯誤。
這項工作仍處於物理階段,而非工程階段,但它代表思維上的轉變。研究者不再只問如何做出更好的單一量子位元,而是問如何讓量子位元之間更便宜、更可靠地溝通。而磁振子,或許正是串起它們的信使。
知識重點:磁振子是磁性材料中電子自旋的集體波;曾經被認為壽命太短,如今在固態系統中表現出作為量子資訊載體的潛力,有望簡化未來可擴展量子電腦的架構。