全球首个量子计算机桥诞生 金刚石基体嵌入硅原子

近日,用于连接小型量子计算机的 全球首个量子计算机桥已经诞生,由美国桑迪亚国家实验室联手哈佛大学推出。研究团队在实验中用到了浓缩离子束注入机(focused ion beam implanter),以便保证金刚石基体上的单离子爆破在精确位置。

  原标题:重大突破!全球首个量子计算机桥诞生

  2001 年,IBM 发表文章称“在未来的几十年里,量子计算机很可能会走出科幻小说和科研实验室,投入实际应用。” 2011 年 5 月 11 日,加拿大的 D-Wave 公司发布了一款号称“全球首台商用型量子计算机”的计算设备“D-Wave One”。

  量子计算正在以惊人的速度发展着。

  虽然现在已经有研究人员建立了小型的量子计算机,但是业界推测, 第一台实用性的量子计算机可能不是大型的单个计算机,而是由许多小型机连在一起的量子计算机群。

全球首个量子计算机桥诞生 金刚石基体嵌入硅原子

  据国外媒体 Engineering 等报道,近日,用于连接小型量子计算机的 全球首个量子计算机桥已经诞生,由美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)联手哈佛大学推出。通过在金刚石基体中强力嵌入两个硅原子,研究人员首次展示了用于建立一架连接量子计算机的一个单一芯片所需要的所有部件。相关论文发表在最新的《 Science 》杂志上。

  研究团队在实验中用到了浓缩离子束注入机(focused ion beam implanter),以便保证金刚石基体上的单离子爆破在精确位置。

  在操作过程中,由于硅原子两侧的两个碳原子的空间不足,碳原子无法逃离。之后,剩下的硅原子占据了更大的空间,并通过邻近的非导电空位来缓冲杂散电流。这些硅原子虽然位于固体中,但它们的表现就如同在气体中漂浮一般。因此,它们的电子对量子刺激的反应不会受到其它物质的影响。

  量子关联(quantum correlation)允许网络中的所有原子以类似于单个原子的方式发挥作用。 通过利用在量子桥或网络上分配的量子数据阵列,这一研究有望实现新型的量子感测(quantum sensing)。

  “我们可以通过这种方法将硅原子准确地放进我们想要的位置点上,”Sandia 国家实验室研究人员 Camacho 表示,“我们创造出数千个注入点,从而产生出能够工作的量子设备。由于我们将原子很好地注入在金刚石基板的表面之下,并将它们就地退火。在这之前,研究团队必须在几微米的金刚石基板上,从大约 1000 个随机出现的缺陷中搜到发射原子(emitter atoms),这是非常复杂费事的。”

  一旦这些硅原子被放置到金刚石基板上,激光产生的光子就会碰撞出硅电子,进入下一个更高的原子能状态。当电子返回到较低的能量状态时,因为所有的原子都在寻求尽可能低的能量水平,它们就会发射出依据频率、密度和波的偏振来量化的,并且携带信息的光子。

  “这太酷了!”Camacho 说道。《科学》杂志也这样认为,“这对量子计算机的未来是意义重大的一步。”

责任编辑:谭雅文
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