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美國物理學(xué)家組織網(wǎng)、英國自然網(wǎng)站9月27日?qǐng)?bào)道，澳大利亞和芬蘭3所大學(xué)的一個(gè)聯(lián)合研究小組，用硅研制出一種制造量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵元件，稱之為“單電子識(shí)別器”。它能以92%的保真度探測(cè)單個(gè)電子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
研究小組由澳大利亞新南威爾士大學(xué)電力工程與通訊學(xué)院安德烈婭·默洛博士和安德魯·祝阿克教授領(lǐng)導(dǎo)，墨爾本大學(xué)和芬蘭阿爾托大學(xué)共同參與。為了制造單電子識(shí)別器，首次以單個(gè)發(fā)射的方式測(cè)量了硅中一個(gè)電子的自旋狀態(tài)。
量子比特是一種抽象的量子位，好比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的比特值0或1。由于電子有兩個(gè)截然相反的自旋狀態(tài)，這正是對(duì)量子比特的理想描述。它們和傳統(tǒng)比特的不同之處在于：量子比特能同時(shí)處在0和1的狀態(tài)，這就使得它在概念上的賦值更加廣泛，從而使量子計(jì)算機(jī)能成倍提高數(shù)據(jù)處理速度。
為了制造量子計(jì)算機(jī)，必須能實(shí)現(xiàn)量子比特狀態(tài)初始化、單個(gè)量子比特任意旋轉(zhuǎn)（寫入）、測(cè)量其自旋狀態(tài)改變（讀�。⒛軐�(duì)至少兩個(gè)相鄰量子比特進(jìn)行操作，而且所有這些操作都必須高度保真。
早在1998年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的布魯斯·凱恩曾在《自然》雜志上描述了一種以硅為基礎(chǔ)的量子計(jì)算機(jī)，在該系統(tǒng)中，量子比特由嵌在超純硅芯片中的單個(gè)磷原子所限定。
新實(shí)驗(yàn)將這一設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。論文主要作者默洛博士說，在我們進(jìn)行單個(gè)電子發(fā)射實(shí)驗(yàn)之前，還沒有人能確實(shí)測(cè)量到單個(gè)電子自旋。我們把一個(gè)磷原子嵌入一塊硅材料中，利用新設(shè)備探測(cè)了單個(gè)電子的自旋狀態(tài)，電子的自旋狀態(tài)控制著附近一個(gè)電路中的電流。
目前，該小組在進(jìn)行快速單電子寫入研究。他們計(jì)劃把這兩種設(shè)備合并起來，制成一種2比特邏輯入口，這是一個(gè)量子計(jì)算機(jī)的基本程序單元。未來的目標(biāo)是要研究單個(gè)電子旋轉(zhuǎn)、控制自旋與自旋之間的相互反應(yīng)等。
研究人員表示，利用硅這種傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)材料，而不是光或其它神秘材料，為構(gòu)建更加簡(jiǎn)單的量子計(jì)算機(jī)開辟了新途徑。今后還可以逐步升級(jí)完善，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。論文合作者安德魯·祝阿克說，我們希望這種量子計(jì)算機(jī)能以更快的速度執(zhí)行各種任務(wù)，比如檢索數(shù)據(jù)、構(gòu)建復(fù)雜分子模型、開發(fā)新型藥物，還能破解大部分現(xiàn)代密碼。
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