新南威尔士大学的研究人员通过电子纠缠原子核，实现了与当前计算机芯片兼容的量子通信，从而推进了硅量子计算。新南威尔士大学的工程师利用两个原子核的自旋开发了量子纠缠态。纠缠对于量子计算相对于传统系统的优势至关重要。这项研究发表于 科学 9 月 18 日，代表着向大规模量子计算机迈出了一步。主要作者 Holly Stemp 博士表示，这一成就使得能够利用现有技术和制造工艺构建未来的量子计算微芯片。她指出：“我们成功地使最干净、最孤立的量子物体能够以目前制造标准硅电子设备的规模相互通信。”量子计算机工程在保护计算元件免受干扰与实现计算交互之间取得平衡。这一挑战促进了量子硬件方法的多样性。有些提供速度但会受到噪音的影响，而另一些则受到屏蔽但难以操作和扩展。新南威尔士大学团队利用植入硅芯片中的磷原子的核自旋来编码量子信息。新南威尔士大学电气工程与电信学院的 Scientia 教授 Andrea Morello 将原子核自旋描述为“在固态中可以找到的最干净、最孤立的量子物体”。 Morello 教授详细介绍了该小组 15 年来的先前工作，其中涉及该技术的突破。他们展示了将量子信息保存超过 30 秒并以低于 1% 的错误执行量子逻辑运算。他表示他们是“世界上第一个在硅设备中实现这一目标的人”。然而，他指出，有利于原子核的隔离使得在大规模量子处理器中连接它们变得困难。以前，操作多个原子核需要它们在固体内非常接近，并被单个电子包围。斯坦普博士解释说，虽然电子可以“扩散”以与多个原子核相互作用，但其范围是有限的。她补充说，“向同一个电子添加更多的原子核使得单独控制每个原子核变得非常具有挑战性。”这一突破涉及原子核通过电子“电话”（即电子）进行通信。斯坦普博士用人们在隔音房间里进行比喻，房间里的对话清晰，但规模有限。 “电话”实现了房间之间的通信，在保持隔离的同时创造了更具可扩展性的交互。另一位作者马克·范·布兰肯斯坦 (Mark van Blankenstein) 解释说，两个电子由于具有扩散能力，可以远距离“接触”。如果每个电子与原子核耦合，原子核就可以通过它们进行通信。实验中原子核之间的距离约为20纳米。斯坦普博士强调，如果将细胞核缩小到人类的大小，这个距离将相当于悉尼和波士顿之间的距离。她强调，20纳米是个人电脑和手机中使用的现代硅计算机芯片的尺度。这意味着半导体行业开发的制造工艺可以适用于基于原子核自旋的量子计算机。这些设备与当前的计算机芯片制造兼容。墨尔本大学 David Jamieson 教授的团队使用日本庆应义塾大学 Kohei Itoh 教授的超纯硅将磷原子引入芯片中。通过消除原子核附着在同一电子上的需要，新南威尔士大学团队解决了基于原子核扩展硅量子计算机的一个关键障碍。莫雷洛教授将他们的方法描述为“非常稳健且可扩展”。他补充说，未来可以使用和塑造更多的电子来进一步扩散原子核。 “电子很容易移动并‘按摩’成形，这意味着可以快速而精确地打开和关闭相互作用。这正是可扩展量子计算机所需要的。”
