鉆石內的量子計算機

科學家制成鉆石內的量子計算機，首次加入防止“去相干”機制，利用微波脈沖不斷切換電子自旋方向。

　　科學家們在鉆石內制成一種量子計算機，這是一個首創。圖像中的芯片尺寸是3mm×3mm，而在中心的鉆石是1mm × 1毫米。

　　鉆石恒久遠，或者，至少，鉆石的量子計算效果是這樣。南加州大學(USC)的科學家組成的研究小組，制成一種鉆石內的量子計算機，這是一個首創，可以防止“去相干”(decoherence)，去相干是一種噪音，會妨礙計算機正常運行。

　　演示表明，這種可行的固態量子計算機，不像早期的氣態和液態系統，代表著量子計算的未來，因為它們很容易增加尺寸。目前的量子計算機通常是非常小的，雖然令人印象深刻，但是，還不能匹敵更大的傳統計算機的速度。

　　這一跨國研究小組包括南加州大學教授丹尼爾?萊達(Daniel Lidar)及南加州大學博士后研究員王志輝(Zhihui Wang)，還有一些研究人員來自荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)，美國愛荷華州立大學(Iowa State University)和加州大學圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)。他們的研究成果發表在4月5日在《自然》雜志上，題為《去相干保護量子門用于混合固態自旋寄存器》(Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register)。

　　這一研究小組的鉆石量子計算機系統，具有兩個量子位(稱為“量子比特”)，采用的是亞原子粒子。

　　相對的傳統計算機的比特，可以明確地編碼為1或0，量子比特可以在同一時間編碼為1和0。這一屬性稱為疊加，而且，量子態可以“隧穿”能障(energy barriers)，因此，有朝一日會使量子計算機進行優化計算，速度遠遠超過傳統電腦。

　　就像所有的鉆石一樣，研究人員使用的鉆石也有雜質，就是碳以外的東西。鉆石中的雜質越多，制成首飾的吸引力就越小，因為它會使晶體外觀不亮澤。

　　然而，這個研究小組就是利用這些雜質本身。

　　雜質氮核會成為第一個比特。在第二個缺陷中，有一個電子，成為第二個量子比特。更準確地說，是每個亞原子粒子的“自旋”被用作量子比特。

　　電子比原子核小，運算速度更快，但也更不穩定，會更迅速地“去相干”。量子比特采用原子核，體積更大，更加穩定，但速度慢。

　　“原子核有很長的退相干時間，達數毫秒。你可以認為這非常緩慢，”萊達說，他兼職于南加州大學維特比工程學院(USC Viterbi School of Engineering)和南加州大學東塞夫文學、藝術和科學學院(USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences)。

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