室溫下穩(wěn)定運(yùn)行的“量子比特”終于誕生！量子計(jì)算機(jī)不難實(shí)現(xiàn)了

來(lái)自MISIS國(guó)立科技大學(xué)的科學(xué)家與來(lái)自瑞典、匈牙利和美國(guó)的同事一起，找到了一種制造在室溫下運(yùn)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(duì)比，這為創(chuàng)造量子計(jì)算機(jī)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(jì)、生物傳感器和新的量子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位，類似于經(jīng)典計(jì)算過程中眾所周知的比特。到目前為止，只有量子計(jì)算機(jī)的原型被創(chuàng)造出來(lái)，但科學(xué)家們一致認(rèn)為，在未來(lái)，量子計(jì)算機(jī)將具有令人難以置信的計(jì)算能力。與此同時(shí)，量子技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，比如超保密通信線路。其中一個(gè)主要問題是量子比特的不穩(wěn)定性和運(yùn)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(dǎo)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(lái)持續(xù)冷卻系統(tǒng)。半導(dǎo)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(diǎn)缺陷上創(chuàng)建量子比特。缺陷是由于一個(gè)碳原子(C)被一個(gè)氮原子(N)取代，附近有一個(gè)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(lái)自俄羅斯MISIS國(guó)立科技大學(xué)和瑞典Link?ping大學(xué)的科學(xué)家與來(lái)自匈牙利和美國(guó)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(dǎo)體量子比特的方法。與鉆石相比，這要簡(jiǎn)單得多，也更具成本效益。SiC已經(jīng)被認(rèn)為是一種制造量子比特很有前途的材料，但有時(shí)，這樣的量子比特在室溫下會(huì)立即降解。因此，科學(xué)家們的目標(biāo)是找出確保量子比特穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)構(gòu)修改。

Link?ping大學(xué)的Igor Abrikosov教授說：為了創(chuàng)造量子比特，晶格中的一個(gè)點(diǎn)缺陷被激光激發(fā)，當(dāng)一個(gè)光子發(fā)射時(shí)，這個(gè)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(gè)峰，分別命名為PL1到PL6，研究發(fā)現(xiàn)這是由于一個(gè)特定的缺陷，在晶格中的兩個(gè)空缺位置附近出現(xiàn)了一個(gè)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(gòu)特征會(huì)使SiC量子比特在室溫下工作，這個(gè)特征就可以人工創(chuàng)建。

例如，通過化學(xué)氣相沉積，這一進(jìn)展為創(chuàng)造能夠在室溫下運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)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(jì)、生物傳感器和新的量子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這真是值得鼓舞和激勵(lì)，也期望科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)人類文明進(jìn)步，更期望量子計(jì)算機(jī)能為人類帶來(lái)更多福音和便利！

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博科園｜研究/來(lái)自：MISIS國(guó)立科技大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-13495-6

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