量子计算要求对量子比特的两个量子态进行精确的操控，这就需要足够长的相干时间来保证对单量子比特的旋转和对相邻量子比特的纠缠。固态自旋体系是一种显而易见的可扩展量子计算方案。在这类体系中，硅量子点由于具有最出色的自旋相干时间，所以硅量子点最近成为了此类研究的最前沿。硅量子点一般的实验方案有Si/SiO2体系、Si/SiGe体系和受主杂质方案。硅量子计算方案的两个主要的障碍是(i)背景电荷噪声导致的退相和(ii)谷自由度。近来人们对硅谷物理性质进行了大量的实验和理论研究。
　　近日，国际功能材料量子设计中心DimitrieCulcer教授同巴西里约联邦大学、纽约州立大学水牛城分校以及美国马里兰大学等多个研究组共同设计了一种基于硅量子点谷自由度的抗噪声的量子计算方案，其结果已发表在Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett.108. 126804 2012)上。采用此设计的量子比特两个量子态为双量子点上不同谷态的两个极化的自旋三态。这个方案与最近应用在GaAs量子点上的量子比特类似，只不过这里利用了谷自由度而不是自旋。 　　利用磁场可以实现谷量子比特的明确的量子态初始化，这表明人们可以可靠地将这种量子比特制备到某个初始态。通过普通的实验室标准电学方法即可对这种量子比特进行操控：门电压可以使不同量子点产生不同的谷劈裂，从而可以控制量子点间不同谷态的隧穿，这样便能实现单量子点的旋转。量子态的读出可以用电荷感应方法，这可以简单地用量子点接触实现。
　　这种方案同样也是可扩展的，一旦建立出单个量子比特，人们可以直接的建立多量子比特系统并使它们之间产生可操控的相互作用。利用超导输电线谐振器产生纠缠态可以制作出普适量子门。超导谐振器拥有极其微小的模体积用以实现强的量子比特耦合。
　　这种方案最大的一个优点就是减弱了量子比特同环境之间的相互作用，这意味着它具有非常长的弛豫和退相时间。谷基量子比特对电荷和自旋起伏的敏感度由谷间过程决定，这意味着首先声子导致的弛豫被抑制，这是因为满足动量守恒的光学声子的能量过大，而满足能量守恒的声学声子的波矢过小。其次，谷量子比特也是抵抗电荷噪声的。电荷噪声对传统电荷和自旋量子比特的影响很大，它的作用主要是长波长作用，无法区分不同的谷态。另外，谷基量子比特的量子态与自旋量子比特有着相同的配置，所以谷基量子比特也是对磁噪声不敏感的。本工作还对谷回声概念进行了讨论，这种技术能够进一步抑制噪声。