可规模化的半导体量子处理器，仅靠优质量子比特远远不够，还需要一套实用的量子比特互联方案。2026年5月6日发表于《Nature》的一项新研究中，代尔夫特量子技术研究所（QuTech）的L. M. K. Vandersypen团队证实：电子自旋量子比特在迁移过程中仍可实现量子纠缠。团队利用这一能力，在芯片内部实现了量子态短距离隐形传态。

除了在芯片上迁移电子之外，粒子的运动本身还可用于调控量子逻辑操作，为自旋量子比特处理器的规模化拓展开辟了全新路径。

搭建量子比特 “传送流水线”

自旋量子比特依托单个电子的自旋量子态承载信息，可将其形象理解为一枚编码量子信息的微小磁针。在芯片中，电子被束缚在量子点内；量子点是通过金属栅极电压构造出的电势局域阱。

研究人员对一排栅极电极施加电信号，构建出行进式电势极小阱，原理类似传送带，可将量子比特从一处输送至另一处。

这种量子比特输运机制对规模化架构至关重要：它能将量子比特汇聚至专用双比特操作区完成耦合作用，之后再彼此分离。

论文第一作者、代尔夫特理工大学 QuTech 博士生Maxim De Smet（马克西姆・德・斯梅特）表示：“中性原子量子比特、囚禁离子量子比特早已具备这类迁移互联能力，如今自旋量子比特也实现了这一功能。”

这种灵活的互联方式，能够减少量子比特阵列中逐对耦合调控的复杂度，从而降低规模化难度。未来的量子比特传送链路可采用共享控制架构，支持量子比特动态重构与任意互联。

主导大部分实验工作的德・斯梅特解释道：“我们花费大量时间优化这条‘量子传送带’，抑制背景电势无序扰动。只要自旋能稳定束缚在移动量子点内，就可以把传输距离和时序作为可调参量来调控相互作用，同时保证量子读出结果可靠可信。”

可调参数至关重要，因为该论文的核心操作是运动态量子比特实现的双量子比特门。

两个自旋分别被载入相互独立的移动束缚势阱中，并被输运至阵列中间区域。当二者相互靠近时，波函数发生交叠，自旋之间产生交换相互作用。

研究保持中心势垒栅极电压恒定，通过改变量子比特间距即可对相互作用进行调控，在该工作区间内可实现双量子比特门操作。

一种自旋粒子的 “动态交互舞步”

德・斯梅特将这项能力类比为一种更精巧的片上量子比特互联模式：“我们设想这就好比一场交谊舞：量子比特两两结对、共舞片刻，随后各自分开，之后又能与其他量子比特重新配对组合。”

First author Maxim De Smet (L) and Larysa Tryputen (R)

这种不受势垒限制、更加灵活的比特迁移方式，在量子纠错架构设计中尤为关键。论文共同第一作者Yuta Matsumoto（松本悠太）补充道：“量子纠错不仅取决于单个量子门的保真度，还关乎量子比特的互联方式与布线复杂度。可移动自旋量子比特能在任意所需位置构建相互作用，从而为大规模半导体量子比特芯片打造出更高效的体系架构。”

量子态结果的读出与量子比特的迁移同等重要。松本悠太表示：“这项成果的一大实用亮点是，无需直接测量运动中的自旋，就能完成量子态结果读取。”

量子比特会输运至固定读出站点，芯片在此处对自旋进行两两比对，并将量子信息转化为电信号。他还说道：“我们整合了整套流程，完整实现了量子态隐形传态原理演示。它并不是靠单一旋钮就能简单判定‘完成隐形传态’，而是要从整个时序序列的多项实验结果综合推演得出。这也正是为何必须保证量子传送带及所有器件在长时间运行中保持高度稳定。”

放眼全局与规模化拓展

从宏观视角来看，半导体量子平台若持续推进规模化发展，将具备三大核心优势：高密度集成、工艺制备可靠、以及从小型原理演示迈向多功能区芯片的清晰演进路径。

该研究为这条技术路线再添关键一步，证明基于量子比特运动调控的计算架构，能够在同一器件上实现多步骤量子协议运行。

QuTech 首席科学家、代尔夫特理工大学教授、论文通讯作者利文・范德西彭从更宏观的视角评价道：“半导体量子比特最具吸引力的一点在于，有望沿用推动经典芯片发展的设计思路，搭建复杂量子硬件体系。一旦我们能将优质量子比特与可规模化调控、高集成度工艺相结合，硅基平台自然会成为构建大规模量子系统的理想载体。”

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10423-9