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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日報道，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算機的關(guān)鍵元件，稱(chēng)之為“單電子識別器”。它能以92%的保真度探測單個(gè)電子的旋轉狀態(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，墨爾本大學(xué)和芬蘭阿爾托大學(xué)共同參與。為了制造單電子識別器，首次以單個(gè)發(fā)射的方式測量了硅中一個(gè)電子的自旋狀態(tài)。
量子比特是一種抽象的量子位，好比傳統計算機中的比特值0或1。由于電子有兩個(gè)截然相反的自旋狀態(tài)，這正是對量子比特的理想描述。它們和傳統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，從而使量子計算機能成倍提高數據處理速度。
為了制造量子計算機，必須能實(shí)現量子比特狀態(tài)初始化、單個(gè)量子比特任意旋轉（寫(xiě)入）、測量其自旋狀態(tài)改變（讀�。�，并能對至少兩個(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的量子計算機，在該系統中，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)驗將這一設想變成了現實(shí)。論文主要作者默洛博士說(shuō)，在我們進(jìn)行單個(gè)電子發(fā)射實(shí)驗之前，還沒(méi)有人能確實(shí)測量到單個(gè)電子自旋。我們把一個(gè)磷原子嵌入一塊硅材料中，利用新設備探測了單個(gè)電子的自旋狀態(tài)，電子的自旋狀態(tài)控制著(zhù)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(xiě)入研究。他們計劃把這兩種設備合并起來(lái)，制成一種2比特邏輯入口，這是一個(gè)量子計算機的基本程序單元。未來(lái)的目標是要研究單個(gè)電子旋轉、控制自旋與自旋之間的相互反應等。
研究人員表示，利用硅這種傳統計算機的基礎材料，而不是光或其它神秘材料，為構建更加簡(jiǎn)單的量子計算機開(kāi)辟了新途徑。今后還可以逐步升級完善，實(shí)現大規模生產(chǎn)。論文合作者安德魯·祝阿克說(shuō)，我們希望這種量子計算機能以更快的速度執行各種任務(wù)，比如檢索數據、構建復雜分子模型、開(kāi)發(fā)新型藥物，還能破解大部分現代密碼。
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