据悉 ， 澳大利亚科学家日前创造了世界上第一个量子计算机电路 ， 它包含了经典计算机芯片中所有的基本组件 ， 但都在量子尺度上 。
今天发表在《自然》杂志上的这一里程碑式的发现 ， 花了九年时间才完成 。
资深作家、量子物理学家米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons）是硅量子计算（Silicon Quantum Computing）的创始人 ， 也是新南威尔士大学量子计算和通信技术卓越中心的主任 。 她表示 ， 这是她职业生涯中最令人兴奋的发现 。
【量子计算向前迈出了一大步：有史以来第一个量子电路】米歇尔·西蒙斯和她的团队不仅创造了一个功能性量子处理器 ， 他们还通过对每个原子具有多个量子态的小分子进行建模 ， 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 ， 我们现在离最终使用量子处理能力 ， 更深入地了解我们周围的世界更近了一步 ， 即使是在最微小的尺度上 。
米歇尔·西蒙斯表示：“在20世纪50年代 ， 理查德·费曼说 ， 我们永远不会了解世界是如何运作的（自然是如何运作的） ， 除非我们能真正开始以同样的规模制造它 。 如果我们能在这个层面上开始理解材料 ， 我们就能设计出以前从未制造过的东西 。 问题是：你如何在这个层面上真正控制自然？”
在这项最新发明之前 ， 该团队在2012年曾创造了有史以来第一个量子晶体管 。
（晶体管是一种控制电子信号的小型设备 ， 仅构成计算机电路的一部分 。 集成电路更为复杂 ， 因为它将许多晶体管组合在一起 。 ）
为了实现量子计算的飞跃 ， 研究人员在超高真空中使用扫描隧道显微镜 ， 来放置具有亚纳米精度的量子点 。 每个量子点的位置必须恰到好处 ， 这样电路才能模拟电子如何沿着聚乙炔分子中的一串单键和双键碳跳跃 。
最棘手的部分是 ， 计算出每个量子点中到底应该有多少个磷原子 ， 每个点之间的距离 ， 然后设计一台机器 ， 可以将这些微小的点准确地放置在硅芯片中 。
研究人员说 ， 如果量子点太大 ， 两个点之间的相互作用就会“太大而无法独立控制” 。 如果点太小 ， 则会引入随机性 ， 因为每个额外的磷原子都可以显着改变将另一个电子添加到点所需的能量 。
最终的量子芯片包含 10 个量子点 ， 每个量子点由少量磷原子组成 。
通过在量子点之间放置比单碳键更小的距离 ， 来模拟双碳键 。
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在分子中的运动 。
而之所以需要量子计算机 ， 是因为传统计算机无法模拟大分子 ， 它们太复杂了 。
例如 ， 要创建一个具有41个原子的青霉素分子的模拟 ， 一台传统计算机将需要10的86次方个晶体管 ， 这是“比可观测宇宙中的原子还多的晶体管” 。
对于量子计算机来说 ， 它只需要一个带有 286 量子比特（量子位）的处理器 。
目前 ， 由于科学家对分子是如何在原子尺度上发挥作用的了解有限 ， 因此在创造新材料方面有很多猜测工作 。 米歇尔·西蒙斯说：“制造高温超导体一直是我们追求的目标之一 。 人们只是不知道它的工作机制 。 ”
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反应链转化为化学能 。
量子计算机可以帮助解决的另一个大问题是肥料的制造 。 目前 ， 在铁催化剂的存在下 ， 三重氮键在高温和压力条件下被打破 ， 以产生用于肥料的固定氮 。 如果能找到一种不同的催化剂 ， 可以更有效地制造肥料 ， 还可以节省大量的资金和能源 。
米歇尔·西蒙斯说 ， 在短短九年内从量子晶体管转移到电路的成就 ， 是在模仿经典计算机发明者设定的路线图 。 第一个经典的计算机晶体管产生于1947年 。 第一个集成电路建于1958年 。 这两项发明相距11年 ， 而西蒙斯的团队提前两年完成了这一飞跃 。
该成果发表在《自然》杂志上 。
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