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操控單原子構(gòu)建新型量子計(jì)算平臺(tái)，可用于研究量子特性
黏附在STM尖端的鐵原子與一個(gè)鈦量子比特（藍(lán)色）“對(duì)話(huà)”，用它讀取和寫(xiě)入其他兩個(gè)量子比特（紅色）的信息，并讓它們執(zhí)行基本的量子計(jì)算。
圖片來(lái)源：量子納米科學(xué)中心
科技日?qǐng)?bào)北京10月7日電（記者劉霞）韓國(guó)、日本、西班牙和美國(guó)等國(guó)科學(xué)家在5日出版的最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱(chēng)，他們通過(guò)從掃描隧道顯微鏡（STM）的尖端發(fā)射微波信號(hào)來(lái)控制鈦原子，使這些鈦原子執(zhí)行了量子計(jì)算。研究人員表示，盡管這一量子計(jì)算平臺(tái)在短期內(nèi)不太可能與目前的主流量子計(jì)算方法媲美，但可用于研究化學(xué)元素甚至分子的量子特性。
量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單位進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，即利用量子疊加和糾纏等物理特性，以微觀粒子構(gòu)成的量子比特為基本單位，通過(guò)量子態(tài)的受控演化實(shí)現(xiàn)計(jì)算處理。
在最新研究中，韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所安德烈亞斯·海因里希團(tuán)隊(duì)研究了自然界中“原始”的量子比特——電子的自旋，測(cè)量其方向只能產(chǎn)生兩個(gè)可能的值：“向上”或“向下”，對(duì)應(yīng)經(jīng)典比特的“0”和“1”。但測(cè)量前，電子自旋存在于一系列可能的疊加態(tài)中。
研究人員首先將鈦原子散射在由氧化鎂制成的平坦表面上，然后使用STM探針的尖端移動(dòng)鈦原子，將其中3個(gè)原子排列成三角形。利用STM尖端發(fā)射的微波信號(hào)，研究人員能控制其中一個(gè)鈦原子中單個(gè)電子的自旋。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整微波的頻率，它們還可使微波的自旋與其他兩個(gè)鈦原子的自旋相互作用。
借助這一方法，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的由兩個(gè)量子比特執(zhí)行的量子運(yùn)算，并讀取出結(jié)果。整個(gè)操作歷時(shí)幾納秒，運(yùn)算速度快于大多數(shù)其他類(lèi)型的量子比特。
研究人員表示，通過(guò)操縱單個(gè)原子和分子組合中的自旋，可將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到約100個(gè)量子比特，但再進(jìn)行擴(kuò)展將變得極其困難。不過(guò)，最新進(jìn)展更多地應(yīng)用于基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域。此外，未來(lái)多臺(tái)STM量子計(jì)算機(jī)可能互聯(lián)，組成一臺(tái)更大的計(jì)算機(jī)。
（原標(biāo)題：操控單原子構(gòu)建新型量子計(jì)算平臺(tái) 可用于研究化學(xué)元素甚至分子的量子特性）
