三种芯片材料出奇招让量子计算机跨越“冰山”

本文摘要:经过60年的发展,计算机已显得更加小更慢,价格也更加低廉。但硅基晶体管的尺寸和运算速度已相似无限大的边缘,如何使传统计算机突破上述无限大,研究人员或许已计穷智竭。为了解决问题这一问题,科学家们开始谋求用基于光子的量子计算机代替传统硅基计算机。 量子计算机能更慢继续执行各种简单计算出来,研究生物系统,创立加密和大数据系统,解决问题许多牵涉到多种变量的难题。

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经过60年的发展,计算机已显得更加小更慢,价格也更加低廉。但硅基晶体管的尺寸和运算速度已相似无限大的边缘,如何使传统计算机突破上述无限大,研究人员或许已计穷智竭。为了解决问题这一问题,科学家们开始谋求用基于光子的量子计算机代替传统硅基计算机。

量子计算机能更慢继续执行各种简单计算出来,研究生物系统,创立加密和大数据系统,解决问题许多牵涉到多种变量的难题。但现有量子计算技术中,一些前沿性研究必须将材料加热到绝对零度(-273.15℃)左右,这妨碍了量子计算机从理论到简单的进程。美国斯坦福大学电子工程系教授伊莲娜·沃科维克率领其团队,近日分别在杂志上公开发表了3篇论文,声称他们早已研制出能在室温下操作者的量子芯片材料,还包括一种量子点、二种“色心”,使量子处置装置向实际应用于踏出一大步。

海底捞针:量子计算机不怕作为量子计算机领域的前沿科学家,沃科维克回应:“当人们指出一件事不有可能已完成时,讨厌用‘大海里炒针’来形容,但量子计算出来可以做。”量子计算机之所以享有如此强劲的能力,在于其倚赖的激光与电子间相互作用的复杂性,这是最关键的技术。量子计算机的工作原理是将磁矩电子堵塞在一种新型半导体材料内,当用激光太阳光它们时,激光能与电子相互作用,使电子呈现出有所不同的磁矩状态。传统计算机基于数字0和1的二进制系统运营;而量子计算机则基于量子比特展开运算。

这些量子比特是代表0和1的两种状态的变换,可以是0和1之间的任何数值。沃科维克说道:“在量子系统内,激光碰撞电子能创立许多有可能的磁矩态。

磁矩态越少,能继续执行的量子计算出来就就越简单。”近20年来,沃科维克实验室仍然专心于研发能在室温环境下运营的量子芯片。

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最近,他们与其他实验室合作,对三种材料展开了测试,结果其中一种材料几乎能在室温下运营,使量子计算机迈进了最重要一步,仍然只是“纸上谈兵”。全新量子点:准确掌控光子输入输出沃科维克团队基于三种有所不同材料研制出三种基本功能单位,其起到类似于传统硅基芯片中的晶体管。他们基于半导体晶体材料,通过调整晶体内的原子阵列,创立出能将单个磁矩电子“拘押”一起的结构单位。第一种结构是量子点,有关论文公开发表在《大自然·物理学》杂志上。

量子点是由半导体材料做成的、直径将近20纳米的球形或半球形结构,外观呈圆形大于的点状,能将磁矩电子堵塞在纳米球内。他们向砷化镓晶体内掺入少量砷简化铟做成的量子点,能顺利通过激光—电子相互作用掌控光子的输出和输入,而且,与之前收到单个光子有所不同,这次的光子能两两结伴而出有。沃科维克回应,与那些必须低温加热器的量子计算机平台比起,他们的量子点更加简单,虽然目前还无法用作创立标准化量子计算机,但几乎能用来创立避免伪造的安全性通信网络。

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两种“色心”:从低温到室温的突破在另两篇公开发表于《纳米通信》杂志的论文中,沃科维克团队讲解了一种几乎不同于量子点的方法:用“色心”技术捕捉电子。色心是指半透明晶体中的点缺陷、点缺陷对或点缺陷群,这些缺失能捕捉电子或空穴,吸取光子使晶体呈现出有所不同颜色。

一篇论文叙述的色心在钻石中建构而出。天然钻石的晶格由碳原子包含,但他们用硅原子代替钻石中的部分碳原子,在钻石晶格中创立出有多个色心。这些钻石色心能高效捕捉磁矩电子,但仍须要加热器到一定温度。

沃科维克还与其他团队合作,研发出有第三种材料——高效标记碳化硅色心。他们在另一篇论文中叙述了对这种材料的测试结果。碳化硅是一种柔软半透明的晶体,常用来生产离合器板、刹车片和防弹背心。

之前有研究报导,对碳化硅展开标记后能做成在室温下工作的色心,但效率不低,无法用来研制量子芯片。而沃科维克团队通过敲除碳化硅中的部分硅原子,研制出了高效色心。然后,他们再行在色心周围重新加入纳米线结构,大大改良了色心捕捉电子的能力。

沃科维克回应,他们研制的高效色心几乎能在室温下操作者,是量子计算机研究领域的众多突破,为量子芯片的研制获取了供实际操作的方法。但她同时回应:“这三种材料哪种最后不会脱颖而出,我们还须要之后研究。


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