迄今为止速度最快的量子计算，由澳大利亚年度人物米歇尔·西蒙斯教授领导的一组科学家，在2018年完成了硅原子量子位元之间的第一个双量子位元门，这是该研究团队建造原子尺度量子计算机的一个重要里程碑，这项关键性的研究2019年7月17日发表在世界著名《自然》期刊上。双量子位门是任何量子计算机的核心组成部分，新南威尔士大学团队这一版本是硅材料中最快的，在0.8纳秒内完成一个操作，比现有基于自旋的双量子位门快200倍。
在研究团队的方法中，双量子位门是两个电子自旋之间的一种操作——类似于传统电子学中经典逻辑门所扮演的角色。这是第一次，研究小组能够通过把两个原子量子位元放在比以往任何时候都要近的位置来构建一个双量子位元栅极，然后实时控制地观察和测量它们的自旋状态。该团队独特的量子计算方法不仅需要在硅中放置单个原子量子位元，还需要所有相关的电路来初始化、控制和读出纳米尺度上的量子位元。这一概念需要如此精确的精度，长期以来人们一直认为这是不可能实现的。
但是有了这个重要的里程碑，研究团队现在可以将他们的技术转换成可伸缩的处理器。量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)主任，也是硅量子计算Pty有限公司的创始人西蒙斯教授说：原子量子位元保持着硅中量子位元最长相干时间的世界纪录，具有最高的可信度。利用其独特的制造技术，现已经证明在硅原子量子位元上读取和初始化单个电子自旋的能力，精确度非常高。还证明了，原子级电路具有迄今为止设计的所有连接到半导体量子位元系统中，电子噪声是最低的。
以原子精度优化设备设计的各个方面，现在让能够构建一个真正快速、高精度的双量子位门，这是一个可伸缩、基于硅的量子计算机基本构件。在原子尺度上控制是可能的——而且这种方法的好处是革命性的，包括系统运行的惊人速度。新南威尔士大学科学系主任、教授艾玛·约翰斯顿·奥(Emma Johnston AO)说：这篇关键论文进一步显示了西蒙斯教授的研究是多么具有开创性。证明了他们可以利用原子量子位元制造出量子计算机，下一个主要目标是建立一个10量子比特的量子集成电路。
与量子位元的接近：精确到十亿分之一米的工程
利用扫描隧道显微镜精确定位并将磷原子封装在硅中，研究小组首先必须计算出两个量子位元之间的最佳距离，以便进行关键的操作。该制造技术能把量子位精确地放到想要的地方，这使科学家们能够尽可能快地设计双量子位门。自从上次突破以来，不仅把量子位元拉近了，而且学会了以亚纳米级的精度控制设备设计的各个方面，以保持高可靠性。实时观察和控制量子位相互作用，然后，研究小组能够实时测量量子位元的状态是如何演变的。
研究人员展示了如何在纳米级控制两个电子之间的相互作用强度。重要的是，能够使量子位元的电子距离更近或更远，有效地打开和关闭它们之间的相互作用，这是量子门的先决条件。量子比特的电子受到严格限制，这是该方法所独有的，而且系统固有的低噪音，使科学家们能够展示出迄今为止硅材料中最快的双量子比特门。演示的量子门，即所谓的交换门，也非常适合在量子比特之间传输量子信息，当与单个量子比特门结合时，你以运行任何量子算法。
物理上不可能的事？现在不是了
西蒙斯教授说：这是20年研究的成果，这是一个巨大的进步：能够在最小的水平上控制量子，这样我们就能在两个原子之间创造相互作用，而且还能在不干扰对方的情况下彼此单独交谈，这令人难以置信，很多人认为这是不可能的。一直以来的想是，如果我们能在这个尺度上控制量子位元世界，它们就会很快，而且确实如此！
