半导体硅质量子逻辑门首次面世,两量子位信息计算成为可能

最近一组工程师团队制作出了首个硅质量子逻辑门,让量比特信息计算成为可能,并且因此跨过了制作硅质量子计算机道路上的最后一个阻碍。 [caption id="attachment_5746" align="aligncenter" width="1440"]100475_web 图片展示了ANFF内部的实验室,研究员再次设计并只做了世界上首个两量子位逻辑门。来源:UNSW[/caption] 国际期刊《Nature》刊登了新南威尔士大学(UNSW)所迈出的一大进步。 「我们所拥有的是一个改变游戏规则的人。」团队的领头人Andrew Dzurak是UNSW的教授,且是澳大利亚国家制造厂的负责人。 「我们证实了两量子位逻辑门——量子计算机制作的核心难题——并用硅制作了它。因为我们基本使用现在电脑芯片相同的科技设备,我们相信比起任何一个基于外国技术的领先设计,制造一个满量程处理器会更加容易」 「这让制作一个量子计算机更加可行,因为它是基于与今天计算机工业相同的制作工艺。」他指出。 如此的进步代表了想要理解超级硅质量子计算机的未来需要终极物理组件,前者利用了很少的科学——亚原子粒子的奇异行为——来解决超过即使是今天最快的超级计算机能力的挑战。 在经典的计算机领域内,数据以二进制呈现,只有两种状态:0,或者1。然而,一个量子位(即qubit)可以同时以这些状态存在,即处于一种叠加的状态。甲量子位(a qubit)操作通过平行运作的多个计算,并利用次量子的奇异行为(一个两量子位系统运行四个值操作,一个三量子位系统运行八个等等)。 「如果量子计算机成为现实,那么运行甲量子位计算或两量子位计算的能力是基本。」Dzurak说道,后者在2012年领导团队首次证实了硅量子位,并发表在《Nature》上。 anff110714-106_small_1 直至现在,让两个量子位相互「交流」还是不可能的——因此逻辑门被创造出来——利用硅质。但是UNSW团队——与日本庆应义塾大学Kohei M. Itoh教授合作——首次做到了。 如果说硅质量子计算机的物理制作是一栋大楼,那么其结果意味着它的一砖一瓦都已经完成,并让工程师终于可以开始设计,建造一个可运行的的量子计算机。 UNSW所提出的方法的关键优势在于他们重新发现了一个晶体管,定义现在硅质芯片的数位,转化为量子位。「你的智能手机或平板里的硅质芯片已经有了接近十亿个晶体管,每个晶体管规格都小于1000亿分之一米。」Menno Veldhorst博士说,后者是UNSW研究成员与Nature文章的第一作者。 「我们确保任何一个晶体管都只有一个电子关联,以此来将这些硅质晶体管转化为量子位。继而在电子的「自旋(spin)」上保存两位制码1或0,前者与电子微小的磁场相连。」他说道。 Dzurak重点指出团队最近「申请了满量程量子计算机芯片,后者可以将我们的数百万个量子位容纳在内,所有的量子位都可以操作我们实验上证实的计算。」 他说下一步的关键在于项目需要去寻找正确的合作工业伙伴,制作满量程量子处理器芯片。 如此一个满量程量子处理器将在金融、安全与医保领域有着主要的应用,通过大幅加速药剂成分的计算机辅助设计(将有致死率风险降到最低并运行错误测试)来认证并发展新型医学;新型更轻巧、更强韧的材料的发展可以将消费电子扩展到航空;通过巨大的数据库基础,信息检索将会更快。   机器之心编译出品。编译:Chen Xiaoqing。
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