澳大利亞科學家創造了世界上第一個量子計算機電路 - 一個包含經典計算機芯片的所有基本組件的電路，但在量子尺度上。 昨天發表在《自然》雜誌上的這一具有里程碑意義的發現已經醞釀了九年。
“這是我職業生涯中令人興奮的發現，”資深作者、量子物理學家、矽量子計算創始人、新南威爾士大學量子計算和通信技術卓越中心主任米歇爾西蒙斯告訴 ScienceAlert。
Simmons 和她的團隊不僅創造了本質上是功能性量子處理器，他們還通過模擬每個原子具有多個量子態的小分子成功地對其進行了測試——這是傳統計算機難以實現的。
這表明我們現在離最終利用量子處理的力量更好地了解我們周圍的世界更近了一步，即使是在最小的尺度上也是如此。
“在 1950 年代，理查德·費曼 (Richard Feynman) 說，除非我們能夠以同樣的規模開始這樣做，否則我們永遠無法理解世界是如何運作的——自然是如何運作的，”西蒙斯告訴 ScienceAlert。 “如果我們能在這個層面開始理解材料，我們就可以創造出前所未有的東西。 問題是如何在這個層面上真正控制自然？”。
為了在量子計算領域取得飛躍，研究人員在超高真空中使用掃描隧道顯微鏡來放置具有亞納米精度的量子點。 每個量子點的位置必須正確，以便該方案可以模擬電子如何沿著聚乙炔分子中具有一個或兩個鍵的一排碳移動。
最困難的部分是弄清楚每個量子點中應該有多少磷原子，每個點之間的確切距離，然後設計一台機器，可以將微小的點以精確的順序放置在矽芯片中。 研究人員說，如果量子點太大，兩個點之間的相互作用就會“太大而無法相互獨立控制”。
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選擇聚乙炔是因為它是一個眾所周知的模型，因此可以用來證明計算機正確地模擬了電子通過分子的運動。
由於科學家目前對分子在原子尺度上的功能了解有限，因此在創造新材料時涉及許多假設。 “其中一個聖杯一直是製造高溫超導體，”西蒙斯說。 量子計算的另一個潛在應用是研究人工光合作用以及光如何通過有機鏈反應轉化為化學能。
量子計算機可以解決的另一個大問題是肥料的製造。 目前，氮三鍵在高溫高壓條件下在鐵催化劑存在下被分解，以產生用於肥料的固定氮。 尋找另一種可以使肥料更有效的催化劑可以節省大量金錢和能源。
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