德國康斯坦茨大學與美國普林斯頓大學及馬裡蘭大學的物理學家合作，開發出了一種基於矽雙量子位系統的穩定的量子門。量子門作為量子計算機的基本元素，能夠執行量子計算機所有必要的基本操作。這項研究成果被稱為通向量子計算機的裡程碑，已於近日發表在《科學》雜誌在線版。
量子計算機比傳統計算機對外部幹擾要敏感得多，因此，創造穩定的量子門，即量子計算機的基本切換系統，成為科學家的主要目標。此次，德美聯合研究團隊利用單個矽電子的電子自旋作為量子位（即基本的信息存儲單元），他們創造的穩定的量子門，可以精確控制和讀取兩個量子位的相互作用。
該研究的第一個成就是從矽片的數十億個原子中提取單個電子。負責項目協調的康斯坦茨大學物理學教授格依多·伯克哈德介紹說：「這是由我們普林斯頓同事完成的極了不起的成果。」研究人員利用電磁吸引力和斥力的組合，將單個電子分離出來，然後精確地排列，讓每個電子嵌入一個「槽」中，使其處於一種穩定狀態。
接下來的挑戰是開發一個可以控制每個電子自旋脈衝的系統。他們採用的方法是：每個電子都置於一個納米電極上，通過所謂的磁場梯度，創建一個定位磁場，用其控制電子的旋轉脈衝，由此創造了穩定的一個量子位系統，以電子自旋形式存儲和讀出信息。
但僅有一個量子位還不足以構成量子計算機的基本切換系統，必須要有兩個量子位。這項研究的決定性一步是康斯坦茨大學研究人員將兩個電子的狀態耦合在一起，形成雙量子位系統。通過這種結合，可以構建基本的切換系統，利用它可以執行量子計算機的所有基本操作，例如，可以對系統進行編程，使得電子只有當其相鄰電子在預定方向上具有自旋時才旋轉。下一步，康斯坦茨大學的科學家還將建立一個穩定的系統來控制兩個單電子的旋轉。