美國斯坦福年夜學電子工程系傳授伊蓮娜-沃科維克率領其團隊，近日分離在雜志上揭橥了3篇論文，傳播鼓吹他們曾經研制出能在室溫下操作的量子芯片資料，包含一種量子點、二種“色心”，使量子處置裝配向現實運用跨出一年夜步。

據懂得，現有量子盤算技巧中，一些前沿性研討須要將資料冷卻到相對零度（-273.15℃）閣下，這障礙了量子盤算機從實際到適用的過程。為懂得決這一成績，迷信家們開端追求用基于光子的量子盤算機代替傳統硅基盤算機。量子盤算性能更快履行各類龐雜盤算，研討生物體系，創立加密和年夜數據體系，處理很多觸及多種變量的困難。

江中釣月：量子盤算機不怕

作為量子盤算機范疇的前沿迷信家，沃科維克表現：“當人們以為一件事弗成能完成時，愛好用‘年夜海里撈針’來描述，但量子盤算可以做到。”量子盤算機之所以具有如斯壯大的才能，在于其依附的激光與電子間互相感化的龐雜性，這是最癥結的技巧。

量子盤算機的任務道理是將自旋電子關閉在一種新型半導體資料內，當用激光照耀它們時，激光能與電子互相感化，使電子出現分歧的自旋狀況。傳統盤算機基于數字0和1的二進制體系運轉；而量子盤算機則基于量子比特停止運算。這些量子比特是代表0和1的兩種狀況的疊加，可所以0和1之間的任何數值。沃科維克說：“在量子體系內，激光撞擊電子能創立很多能夠的自旋態。自旋態越多，能履行的量子盤算就越龐雜。”

近20年來，沃科維克試驗室一向專注于研發能在室溫情況下運轉的量子芯片。比來，他們與其他試驗室協作，對三種資料停止了測試，成果個中一種資料完整能在室溫下運轉，使量子盤算機邁出了主要一步，不再只是“空言無補”。

全新量子點：準確掌握光子輸出輸入

沃科維克團隊基于三種分歧資料研制出三種根本功效單元，其感化相似于傳統硅基芯片中的晶體管。他們基于半導體晶體資料，經由過程調劑晶體內的原子陣列，創立出能將單個自旋電子“禁閉”起來的構造單元。

第一種構造是量子點，有關論文揭橥在《天然?物理學》雜志上。量子點是由半導體資料制成的、直徑不到20納米的球形或半球形構造，外不雅呈極小的點狀，能將自旋電子關閉在納米球內。他們向砷化鎵晶體內攙雜大批砷化銦制成的量子點，能勝利經由過程激光—電子互相感化掌握光子的輸出和輸入，并且，與之前收回單個光子分歧，此次的光子能兩兩結伴而出。沃科維克表現，與那些須要高溫制冷的量子盤算機平臺比擬，他們的量子點更適用，固然今朝還不克不及用于創立通用量子盤算機，但完整可用來創立避免改動的平安通訊收集。

兩種“色心”：從高溫到室溫的沖破

在另兩篇揭橥于《納米通訊》雜志的論文中，沃科維克團隊引見了一種完整分歧于量子點的辦法：用“色心”技巧捕捉電子。色心是指通明晶體中的點缺點、點缺點對或點缺點群，這些缺點能捕捉電子或空穴，接收光子使晶體出現分歧色彩。

一篇論文描寫的色心在鉆石中構建而成。自然鉆石的晶格由碳原子組成，但他們用硅原子代替鉆石中的部門碳原子，在鉆石晶格中創立出多個色心。這些鉆石色心能高效捕捉自旋電子，但仍需制冷到必定溫度。

沃科維克還與其他團隊協作，開辟出第三種資料——高效潤飾碳化硅色心。他們在另外一篇論文中描寫了對這類資料的測試成果。碳化硅是一種堅固通明的晶體，經常使用來制作聚散器板、剎車片和防彈背心。之前有研討報導，對碳化硅停止潤飾后能制成在室溫下任務的色心，但效力不高，不克不及用來研制量子芯片。而沃科維克團隊經由過程敲除碳化硅中的部門硅原子，研制出了高效色心。然后，他們再在色心四周參加納米線構造，年夜年夜改良了色心捕捉電子的才能。

沃科維克表現，他們研制的高效色心完整能在室溫下操作，是量子盤算機研討范疇的一年夜沖破，為量子芯片的研制供給了可供現實操作的辦法。但她同時表現：“這三種資料哪一種終究會鋒芒畢露，我們還需持續研討。”