标题:让量子计算机跨越应用的“冰山” 三种芯片材料各出奇招
作者:mathz
日期:2017-05-22 17:20
内容:
经过60年的发展，计算机已变得更小更快，价格也越来越便宜。但硅基晶体管的尺寸和运算速度已接近极限的边缘，如何使传统计算机突破上述极限，研究人员似乎已计穷智竭。
为了解决这一问题，科学家们开始寻求用基于光子的量子计算机取代传统硅基计算机。量子计算机能更快执行各种复杂计算，研究生物系统，创建加密和大数据系统，解决许多涉及多种变量的难题。
但现有量子计算技术中，一些前沿性研究需要将材料冷却到绝对零度(-273.15℃)左右，这阻碍了量子计算机从理论到实用的进程。美国斯坦福大学电子工程系教授伊莲娜·沃科维克带领其团队，近日分别在杂志上发表了3篇论文，宣称他们已经研制出能在室温下操作的量子芯片材料，包括一种量子点、二种“色心”，使量子处理装置向实际应用跨出一大步。
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，沃科维克表示：“当人们认为一件事不可能完成时，喜欢用‘大海里捞针’来形容，但量子计算可以做到。”量子计算机之所以拥有如此强大的能力，在于其依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自旋电子封闭在一种新型半导体材料内，当用激光照射它们时，激光能与电子相互作用，使电子呈现不同的自旋状态。传统计算机基于数字0和1的二进制系统运行;而量子计算机则基于量子比特进行运算。这些量子比特是代表0和1的两种状态的叠加，可以是0和1之间的任何数值。沃科维克说：“在量子系统内，激光撞击电子能创建许多可能的自旋态。自旋态越多，能执行的量子计算就越复杂。”
近20年来，沃科维克实验室一直专注于研发能在室温环境下运行的量子芯片。最近，他们与其他实验室合作，对三种材料进行了测试，结果其中一种材料完全能在室温下运行，使量子计算机迈出了重要一步，不再只是“纸上谈兵”。
全新量子点：精确控制光子输入输出
沃科维克团队基于三种不同材料研制出三种基本功能单位，其作用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，创建出能将单个自旋电子“禁闭”起来的结构单位。
第一种结构是量子点，有关论文发表在《自然·物理学》杂志上。量子点是由半导体材料制成的、直径不到20纳米的球形或半球形结构，外观呈极小的点状，能将自旋电子封闭在纳米球内。他们向砷化镓晶体内掺杂少量砷化铟制成的量子点，能成功 ..
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