img

新开户送自助体验金

目前关于量子计算机开发的许多研究涉及在极低温度下工作使它们在日常使用中更加实用的挑战是使它们在室温下工作

这里的突破来自于使用一些日常材料,细节今天发表于Nature Communications一个典型的现代计算机使用离散位的二进制数字系统表示信息,表示为0和1量子计算机使用量子位序列,或量子位它们可以将信息表示为0或1或任何一系列状态在0和1之间,称为量子叠加的那些量子比特这种飞跃使得量子计算机能够比现今的典型计算机更快更有力地解决问题电子有电荷和旋转 - 旋转决定了原子会产生磁场旋转也可以用作量子比特,因为它可以在旋转和降速之间进行转换量子态,经典地用0和1表示但是电子自旋态因此需要对“退相干”具有鲁棒性

这是量子叠加期间电子自旋的无序化导致信息的损失电子自旋寿命受到晶格振动的影响

在材料和相邻的磁相互作用中量子计算需要超过100纳秒的长电子自旋寿命将材料冷却到接近绝对零度的低温,-273C,确实会增加自旋寿命所以使用磁性纯导电材料也是如此量子使用原子级重材料(如硅或金属)的设备需要冷却到接近绝对零度的低温

其他材料已用于在室温下进行量子操作但这些材料需要进行同位素设计,这需要大型设施,如核反应堆,以及量子比特密度分子的限制例如金属 - 有机簇化合物也已被使用,但它们也需要低温和同位素工程

对于量子计算应用量子比特材料系统的可行性,需要考虑明确和既定的权衡

轻原子导电材料在室温下具有超过100纳秒的长电子自旋寿命的重量将允许实际的量子计算这种材料将结合当前固态材料量子比特方案的最佳方面我们已经证明了在金属类材料中制造的长传导电子自旋寿命在室温下可以实现碳纳米球的生长这种材料是通过燃烧樟脑简单生产的,樟脑丸中的活性成分材料以固体粉末形式生产并在空气中处理然后可以分散在乙醇和水溶剂中,或直接沉积在像玻璃一样的表面上由于材料是非常均匀的,所以测量可以在散装固体粉末上做出反应这使得我们在室温下实现了175纳秒的新记录电子自旋寿命这可能听起来不是很长时间,但它超出了量子计算应用的先决条件,大约是100倍比石墨烯中发现的更长这可能是由于材料的自掺杂传导电子及其纳米空间限制这基本上意味着球体可以完全由碳制成,同时保留其独特的电子特性我们的工作现在开启了旋转的可能性在室温下用导电材料操纵量子比特这种方法不需要任何主体材料的同位素工程,旋转分子的稀释或低温温度它原则上允许更高密度的量子比特包装实现了其他有前途的量子比特,例如硅中使用的量子比特这种非常容易使用普通劳动力制备碳材料理论试剂减少了实现实际量子计算的许多技术障碍例如,冷却材料所需的制冷系统接近绝对零度可能花费数百万美元并占用大房间大小的物理空间要建造量子计算机需要证明量子比特可以进行涉及量子态叠加的操作,还需要构建一个有效的量子逻辑门(开关) 在我们的工作中,我们展示了前者,同时使后者成为工程问题而不是突破性科学

下一步将是构建量子逻辑门 - 实际设备令人兴奋的是材料是以适合设备的形式制备的处理我们已经证明,单个导电碳纳米球可以在硅表面上分离

原则上,这可以为纳米球的高密度量子位阵列提供初始途径,纳米球集成到现有硅技术或基于薄膜的电子器件上

News