美国斯坦福年夜学电子工程系传授伊莲娜-沃科维克率领其团队，近日分离在杂志上揭橥了3篇论文，传播鼓吹他们曾经研制出能在室温下操作的量子芯片资料，包含一种量子点、二种“色心”，使量子处置装配向现实运用跨出一年夜步。
据懂得，现有量子盘算技巧中，一些前沿性研讨须要将资料冷却到相对零度（-273.15℃）阁下，这障碍了量子盘算机从实际到适用的过程。为懂得决这一成绩，迷信家们开端追求用基于光子的量子盘算机代替传统硅基盘算机。量子盘算性能更快履行各类庞杂盘算，研讨生物体系，创立加密和年夜数据体系，处理很多触及多种变量的困难。
江中钓月：量子盘算机不怕
作为量子盘算机范畴的前沿迷信家，沃科维克表现：“当人们以为一件事弗成能完成时，爱好用‘年夜海里捞针’来描述，但量子盘算可以做到。”量子盘算机之所以具有如斯壮大的才能，在于其依附的激光与电子间互相感化的庞杂性，这是最症结的技巧。
量子盘算机的任务道理是将自旋电子关闭在一种新型半导体资料内，当用激光照耀它们时，激光能与电子互相感化，使电子出现分歧的自旋状况。传统盘算机基于数字0和1的二进制体系运转；而量子盘算机则基于量子比特停止运算。这些量子比特是代表0和1的两种状况的叠加，可所以0和1之间的任何数值。沃科维克说：“在量子体系内，激光撞击电子能创立很多能够的自旋态。自旋态越多，能履行的量子盘算就越庞杂。”
近20年来，沃科维克试验室一向专注于研发能在室温情况下运转的量子芯片。比来，他们与其他试验室协作，对三种资料停止了测试，成果个中一种资料完整能在室温下运转，使量子盘算机迈出了主要一步，不再只是“空言无补”。
全新量子点：准确掌握光子输出输入
沃科维克团队基于三种分歧资料研制出三种根本功效单元，其感化相似于传统硅基芯片中的晶体管。他们基于半导体晶体资料，经由过程调剂晶体内的原子阵列，创立出能将单个自旋电子“禁闭”起来的构造单元。
第一种构造是量子点，有关论文揭橥在《天然?物理学》杂志上。量子点是由半导体资料制成的、直径不到20纳米的球形或半球形构造，外不雅呈极小的点状，能将自旋电子关闭在纳米球内。他们向砷化镓晶体内搀杂大批砷化铟制成的量子点，能胜利经由过程激光—电子互相感化掌握光子的输出和输入，并且，与之前收回单个光子分歧，此次的光子能两两结伴而出。沃科维克表现，与那些须要高温制冷的量子盘算机平台比拟，他们的量子点更适用，固然今朝还不克不及用于创立通用量子盘算机，但完整可用来创立避免改动的平安通讯收集。
两种“色心”：从高温到室温的冲破
在另两篇揭橥于《纳米通讯》杂志的论文中，沃科维克团队引见了一种完整分歧于量子点的办法：用“色心”技巧捕捉电子。色心是指通明晶体中的点缺点、点缺点对或点缺点群，这些缺点能捕捉电子或空穴，接收光子使晶体出现分歧色彩。
一篇论文描写的色心在钻石中构建而成。自然钻石的晶格由碳原子组成，但他们用硅原子代替钻石中的部门碳原子，在钻石晶格中创立出多个色心。这些钻石色心能高效捕捉自旋电子，但仍需制冷到必定温度。
沃科维克还与其他团队协作，开辟出第三种资料——高效润饰碳化硅色心。他们在另外一篇论文中描写了对这类资料的测试成果。碳化硅是一种坚固通明的晶体，经常使用来制作聚散器板、刹车片和防弹背心。之前有研讨报导，对碳化硅停止润饰后能制成在室温下任务的色心，但效力不高，不克不及用来研制量子芯片。而沃科维克团队经由过程敲除碳化硅中的部门硅原子，研制出了高效色心。然后，他们再在色心四周参加纳米线构造，年夜年夜改良了色心捕捉电子的才能。
沃科维克表现，他们研制的高效色心完整能在室温下操作，是量子盘算机研讨范畴的一年夜冲破，为量子芯片的研制供给了可供现实操作的办法。但她同时表现：“这三种资料哪一种终究会锋芒毕露，我们还需持续研讨。”
