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人工原子突破可能是量子计算的新关键:研究



  悉尼2月12日电澳大利亚一所大学的科学家在量子计算领域取得了重大突破,创造出了能够提供更稳定的“量子位”的人造原子,这些原子是未来超级计算机的基础。

  新的研究发表在周三的《自然通讯》杂志上,新南威尔士大学电气工程学院的教授安德鲁·德祖拉克(Andrew Dzurak)和他的团队解释说,激进的概念最早是在90年前提出的。

  他说:“用电子创造人造原子的想法并不是什么新鲜事,实际上,它是在1930年代从理论上首次提出,然后在1990年代通过实验证明的,尽管不是在硅上。”

  “我们在2013年首先在硅中制作了它的基本版本,但真正令我们兴奋的是我们最新的研究结果是,具有更高电子数量的人工原子比以前认为的更坚固,这意味着它们可以可靠地用于量子计算机中的计算。”

  “这很重要,因为仅基于一个电子的量子位可能非常不可靠。”

  传统计算机使用位来处理1或0形式的信息,而量子计算机中的qubit可能同时存储1和0。

  电子的旋转使这成为可能。

  Dzurak说:“自旋是一种量子力学性能。电子的作用就像一个微小的磁铁,并且取决于其自旋旋转北极的方式可以向上或向下,对应于1或0。”

  “当一个真实原子或我们人造原子中的电子形成一个完整的壳时,它们将它们的极按相反的方向排列,以使系统的总自旋为零,从而使它们作为量子位无用。但是当我们再添加一个电子时,为了开始一个新的壳,这个多余的电子具有一个自旋,我们现在可以再次将其用作量子位。”

  “我们的新工作表明,我们可以控制这些人造原子外壳中的电子自旋,从而为我们提供可靠而稳定的量子位。”

  为了测试人造原子中电子的稳定性,研究小组通过金属表面“栅”电极向硅芯片施加了电压,以便从硅中吸引多余的电子以形成“量子点”。

  对结果进行理论分析的安德烈·萨拉瓦(Andre Saraiva)博士说:“随着电压的缓慢升高,我们将一个接一个地吸取新的电子,从而在量子点中形成一个人造原子。”

  “在一个真实的原子中,您的中间是一个正电荷,即原子核,然后带负电的电子在三维轨道中被围绕着它。”

  “在我们的例子中,正电荷而不是正核,而是来自栅电极,栅电极通过氧化硅的绝缘势垒与硅隔开,然后电子被悬浮在其下方,每个电子围绕量子中心旋转但是,它们不是形成球体而是将它们平整地布置在圆盘中。”

  Dzurak说,随着量子计算的变革性技术从根本上改变人类生活的大多数方面的方式,这种可能性是无限的。

  他说:“我们可以利用解决全球性问题所需的数百万个量子位,大大减少量子计算机的开发时间,例如设计新药或减少能源消耗的新化学催化剂。”




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