美國斯坦福年夜學(xué)電子工程系傳授伊蓮娜-沃科維克率領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，近日分離在雜志上揭橥了3篇論文，傳播鼓吹他們曾經(jīng)研制出能在室溫下操作的量子芯片資料，包含一種量子點(diǎn)、二種“色心”，使量子處置裝配向現(xiàn)實(shí)運(yùn)用跨出一年夜步。
據(jù)懂得，現(xiàn)有量子盤算技巧中，一些前沿性研討須要將資料冷卻到相對零度（-273.15℃）閣下，這障礙了量子盤算機(jī)從實(shí)際到適用的過程。為懂得決這一成績，迷信家們開端追求用基于光子的量子盤算機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅基盤算機(jī)。量子盤算性能更快履行各類龐雜盤算，研討生物體系，創(chuàng)立加密和年夜數(shù)據(jù)體系，處理很多觸及多種變量的困難。
江中釣月：量子盤算機(jī)不怕
作為量子盤算機(jī)范疇的前沿迷信家，沃科維克表現(xiàn)：“當(dāng)人們以為一件事弗成能完成時(shí)，愛好用‘年夜海里撈針’來描述，但量子盤算可以做到。”量子盤算機(jī)之所以具有如斯壯大的才能，在于其依附的激光與電子間互相感化的龐雜性，這是最癥結(jié)的技巧。
量子盤算機(jī)的任務(wù)道理是將自旋電子關(guān)閉在一種新型半導(dǎo)體資料內(nèi)，當(dāng)用激光照耀它們時(shí)，激光能與電子互相感化，使電子出現(xiàn)分歧的自旋狀況。傳統(tǒng)盤算機(jī)基于數(shù)字0和1的二進(jìn)制體系運(yùn)轉(zhuǎn)；而量子盤算機(jī)則基于量子比特停止運(yùn)算。這些量子比特是代表0和1的兩種狀況的疊加，可所以0和1之間的任何數(shù)值。沃科維克說：“在量子體系內(nèi)，激光撞擊電子能創(chuàng)立很多能夠的自旋態(tài)。自旋態(tài)越多，能履行的量子盤算就越龐雜。”
近20年來，沃科維克試驗(yàn)室一向?qū)Ｗ⒂谘邪l(fā)能在室溫情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的量子芯片。比來，他們與其他試驗(yàn)室協(xié)作，對三種資料停止了測試，成果個(gè)中一種資料完整能在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，使量子盤算機(jī)邁出了主要一步，不再只是“空言無補(bǔ)”。
全新量子點(diǎn)：準(zhǔn)確掌握光子輸出輸入
沃科維克團(tuán)隊(duì)基于三種分歧資料研制出三種根本功效單元，其感化相似于傳統(tǒng)硅基芯片中的晶體管。他們基于半導(dǎo)體晶體資料，經(jīng)由過程調(diào)劑晶體內(nèi)的原子陣列，創(chuàng)立出能將單個(gè)自旋電子“禁閉”起來的構(gòu)造單元。
第一種構(gòu)造是量子點(diǎn)，有關(guān)論文揭橥在《天然?物理學(xué)》雜志上。量子點(diǎn)是由半導(dǎo)體資料制成的、直徑不到20納米的球形或半球形構(gòu)造，外不雅呈極小的點(diǎn)狀，能將自旋電子關(guān)閉在納米球內(nèi)。他們向砷化鎵晶體內(nèi)攙雜大批砷化銦制成的量子點(diǎn)，能勝利經(jīng)由過程激光—電子互相感化掌握光子的輸出和輸入，并且，與之前收回單個(gè)光子分歧，此次的光子能兩兩結(jié)伴而出。沃科維克表現(xiàn)，與那些須要高溫制冷的量子盤算機(jī)平臺(tái)比擬，他們的量子點(diǎn)更適用，固然今朝還不克不及用于創(chuàng)立通用量子盤算機(jī)，但完整可用來創(chuàng)立避免改動(dòng)的平安通訊收集。
兩種“色心”：從高溫到室溫的沖破
在另兩篇揭橥于《納米通訊》雜志的論文中，沃科維克團(tuán)隊(duì)引見了一種完整分歧于量子點(diǎn)的辦法：用“色心”技巧捕捉電子。色心是指通明晶體中的點(diǎn)缺點(diǎn)、點(diǎn)缺點(diǎn)對或點(diǎn)缺點(diǎn)群，這些缺點(diǎn)能捕捉電子或空穴，接收光子使晶體出現(xiàn)分歧色彩。
一篇論文描寫的色心在鉆石中構(gòu)建而成。自然鉆石的晶格由碳原子組成，但他們用硅原子代替鉆石中的部門碳原子，在鉆石晶格中創(chuàng)立出多個(gè)色心。這些鉆石色心能高效捕捉自旋電子，但仍需制冷到必定溫度。
沃科維克還與其他團(tuán)隊(duì)協(xié)作，開辟出第三種資料——高效潤飾碳化硅色心。他們在另外一篇論文中描寫了對這類資料的測試成果。碳化硅是一種堅(jiān)固通明的晶體，經(jīng)常使用來制作聚散器板、剎車片和防彈背心。之前有研討報(bào)導(dǎo)，對碳化硅停止?jié)欙椇竽苤瞥稍谑覝叵氯蝿?wù)的色心，但效力不高，不克不及用來研制量子芯片。而沃科維克團(tuán)隊(duì)經(jīng)由過程敲除碳化硅中的部門硅原子，研制出了高效色心。然后，他們再在色心四周參加納米線構(gòu)造，年夜年夜改良了色心捕捉電子的才能。
沃科維克表現(xiàn)，他們研制的高效色心完整能在室溫下操作，是量子盤算機(jī)研討范疇的一年夜沖破，為量子芯片的研制供給了可供現(xiàn)實(shí)操作的辦法。但她同時(shí)表現(xiàn)：“這三種資料哪一種終究會(huì)鋒芒畢露，我們還需持續(xù)研討。”
