單一原子「近乎完美」控制技術 量子計算重大演進

編譯/高晟鈞

倫敦大學學院工程師和物理學家的最新研究表明,一種可用於建造量子電腦的新製造流程幾乎達到了了零故障率,並具有進一步擴大規模的潛力。

最新研究表明,一種可用於建造量子電腦的新製造流程幾乎達到了了零故障率,並具有進一步擴大規模的潛力。圖/截取自 TechXplore

量子電腦的潛力

從理論上來說,量子計算有望解決經典「二進制」,基於電晶體的電腦所永遠無法解決的複雜問題。量子電腦使用量子位元作為信息的基本單位,其創建的方法是將單個原子放在矽中,冷卻到極低的溫度以保持量子態的穩定性,並用電磁訊號來處理信息。

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你可以說是電腦擁有了量子力學的力量。在原子尺度上,量子力學是決定宇宙如何運作的物理定律之一, 包含了量子疊加、糾纏等允許量子位元同時處於一種以上狀態的能力。這也意味著,量子電腦可以同時考慮所有可能發生的結果,對於大量數據的消化有著重大意義。

建造量子電腦的方法有許多種,但大多都尚未達到所需的規模與低錯誤率。

「砷」作為更好的量子材料

建構量子電腦的一種方法是在矽晶體中精確定位單個「雜質」原子,從而可以操縱其量子特性以形成量子位元。

標準方法則使用「磷」作為雜質原子,但由於單個磷原子的定位成功率僅為 70%,因此該系統距離構建量子電腦所需的近乎零故障率還有一定距離。

在這項研究中,研究人員推測砷可能是比磷更好的材料,可以實現建構量子電腦所需的低故障率。 他們使用能夠識別和操縱單個原子的顯微鏡(類似於黑膠唱片機上的針)將砷原子精確地插入矽晶體中。然後,他們重複這個過程來建構一個2×2的單一砷原子陣列,建構量子位元。

「保守估計,我們認為能以97%的準確度在矽中置放原子,但我們有信心在不久的將來可以將其提高至100%。」作者Taylor Stock說道。

除了能夠以近乎完美的精度將原子放入矽中,實現近乎零錯誤率的量子位元外,砷與矽都常被用於建構經典計算的半導體;因此,對於後續的半導體加工高度相容,有望加速進一步的整合。

總體而言,這是一次量子計算領域的巨大里程碑,也很可能是第一次,通用量子電腦即將走入現實。

資料來源:TechXplore

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