澳大利亚科学家创造了世界上第一个量子计算机电路——一个包含经典计算机芯片所有基本组件的电路，但在量子尺度上。 这一具有里程碑意义的发现于昨天发表在《自然》杂志上，历时九年。
“这是我职业生涯中的一个激动人心的发现，”高级作家和量子物理学家、硅量子计算创始人、新南威尔士大学量子计算和通信技术卓越中心主任米歇尔西蒙斯告诉 ScienceAlert。
Simmons 和她的团队不仅创造了本质上是功能性量子处理器的东西，他们还通过模拟每个原子具有多个量子态的小分子成功地对其进行了测试——这是传统计算机难以实现的。
这表明我们现在离最终利用量子处理的力量更好地了解我们周围的世界又近了一步，即使是在最小的尺度上。
“在 1950 年代，理查德·费曼 (Richard Feynman) 说，我们永远无法理解世界是如何运作的——自然是如何运作的——除非我们能以同样的规模开始做，”西蒙斯告诉 ScienceAlert。 “如果我们能在这个层面上开始理解材料，我们就能创造出前所未有的东西。 问题是如何在这个层面上真正控制自然？”。
为了在量子计算领域实现飞跃，研究人员在超高真空中使用扫描隧道显微镜以亚纳米精度放置量子点。 每个量子点的位置必须正确，这样该方案才能模拟电子如何沿着聚乙炔分子中带有一个或两个键的一排碳移动。
最困难的部分是准确计算出每个量子点中应该有多少磷原子，每个点之间的确切距离，然后设计一台机器，可以将微小的点以精确的顺序放置在硅芯片内。 研究人员说，如果量子点太大，两个点之间的相互作用就会变得“太大而无法相互独立控制”。
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选择聚乙炔是因为它是一个众所周知的模型，因此可以用来证明计算机正确地模拟了电子通过分子的运动。
由于科学家目前对分子如何在原子尺度上发挥作用的了解有限，因此在创造新材料时涉及许多假设。 “其中一个圣杯一直是制造高温超导体，”西蒙斯说。 量子计算的另一个潜在应用是研究人工光合作用以及光如何通过有机链式反应转化为化学能。
量子计算机可以解决的另一个大问题是肥料的制造。 三重氮键目前在铁催化剂存在下的高温高压条件下分解，以产生用于肥料的固定氮。 寻找可以使肥料更有效的不同催化剂可以节省大量金钱和能源。
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