室溫下穩(wěn)定運行的“量子比特”終于誕生！量子計算機不難實現(xiàn)了

來自MISIS國立科技大學的科學家與來自瑞典、匈牙利和美國的同事一起，找到了一種制造在室溫下運行穩(wěn)定量子比特（量子位）的方法，這與現(xiàn)有的大多數(shù)類似物形成了鮮明對比，這為創(chuàng)造量子計算機開辟了新的前景。此外，研究成果已經(jīng)可以用于制造高精度磁力計、生物傳感器和新的量子互聯(lián)網(wǎng)技術，其研究成果發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

量子比特(Qubit)是量子計算機系統(tǒng)中最小的數(shù)據(jù)存儲單位，類似于經(jīng)典計算過程中眾所周知的比特。到目前為止，只有量子計算機的原型被創(chuàng)造出來，但科學家們一致認為，在未來，量子計算機將具有令人難以置信的計算能力。與此同時，量子技術已經(jīng)在多個領域得到應用，比如超保密通信線路。其中一個主要問題是量子比特的不穩(wěn)定性和運行所需的極低溫度條件。

目前最流行的量子比特類型是超導材料上的量子比特，或單原子上的量子比特。第一種和第二種都只在極低的溫度下存在，需要巨大的成本來持續(xù)冷卻系統(tǒng)。半導體材料可以成為一種很有前途的類似物。例如，已知可以在鉆石晶格點缺陷上創(chuàng)建量子比特。缺陷是由于一個碳原子(C)被一個氮原子(N)取代，附近有一個缺陷，空位(V)，已經(jīng)證明這樣的量子比特可以在室溫下成功工作。

來自俄羅斯MISIS國立科技大學和瑞典Link?ping大學的科學家與來自匈牙利和美國同事一起，找到了一種使用另一種材料碳化硅(SiC)制造穩(wěn)定半導體量子比特的方法。與鉆石相比，這要簡單得多，也更具成本效益。SiC已經(jīng)被認為是一種制造量子比特很有前途的材料，但有時，這樣的量子比特在室溫下會立即降解。因此，科學家們的目標是找出確保量子比特穩(wěn)定運行的結(jié)構修改。

Link?ping大學的Igor Abrikosov教授說：為了創(chuàng)造量子比特，晶格中的一個點缺陷被激光激發(fā)，當一個光子發(fā)射時，這個缺陷開始發(fā)光，之前已經(jīng)證明，在SiC的發(fā)光中觀察到六個峰，分別命名為PL1到PL6，研究發(fā)現(xiàn)這是由于一個特定的缺陷，在晶格中的兩個空缺位置附近出現(xiàn)了一個被稱為堆積斷層的單一‘位移’原子層。既然已經(jīng)知道了哪些結(jié)構特征會使SiC量子比特在室溫下工作，這個特征就可以人工創(chuàng)建。

例如，通過化學氣相沉積，這一進展為創(chuàng)造能夠在室溫下運行的量子計算機開辟了新前景。此外，這些結(jié)果已經(jīng)可以用于制造高精度磁力計、生物傳感器和新的量子互聯(lián)網(wǎng)技術，這真是值得鼓舞和激勵，也期望科學技術的進步，推動人類文明進步，更期望量子計算機能為人類帶來更多福音和便利！

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博科園｜研究/來自：MISIS國立科技大學

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-13495-6

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