单电子识别器研制成功

2010-9-29 09:31 来源: 中国科学院
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  美国物理学家组织网、英国自然网站9月27日报道,澳大利亚和芬兰3所大学的一个联合研究小组,用硅研制出一种制造量子计算机的关键元件,称之为“单电子识别器”。它能以92%的保真度探测单个电子的旋转状态。

  研究小组由澳大利亚新南威尔士大学电力工程与通讯学院安德烈娅·默洛博士和安德鲁·祝阿克教授领导,墨尔本大学和芬兰阿尔托大学共同参与。为了制造单电子识别器,首次以单个发射的方式测量了硅中一个电子的自旋状态。

  量子比特是一种抽象的量子位,好比传统计算机中的比特值0或1。由于电子有两个截然相反的自旋状态,这正是对量子比特的理想描述。它们和传统比特的不同之处在于:量子比特能同时处在0和1的状态,这就使得它在概念上的赋值更加广泛,从而使量子计算机能成倍提高数据处理速度。

  为了制造量子计算机,必须能实现量子比特状态初始化、单个量子比特任意旋转(写入)、测量其自旋状态改变(读取),并能对至少两个相邻量子比特进行操作,而且所有这些操作都必须高度保真。

  早在1998年,澳大利亚新南威尔士大学的布鲁斯·凯恩曾在《自然》杂志上描述了一种以硅为基础的量子计算机,在该系统中,量子比特由嵌在超纯硅芯片中的单个磷原子所限定。

  新实验将这一设想变成了现实。论文主要作者默洛博士说,在我们进行单个电子发射实验之前,还没有人能确实测量到单个电子自旋。我们把一个磷原子嵌入一块硅材料中,利用新设备探测了单个电子的自旋状态,电子的自旋状态控制着附近一个电路中的电流。

  目前,该小组在进行快速单电子写入研究。他们计划把这两种设备合并起来,制成一种2比特逻辑入口,这是一个量子计算机的基本程序单元。未来的目标是要研究单个电子旋转、控制自旋与自旋之间的相互反应等。

  研究人员表示,利用硅这种传统计算机的基础材料,而不是光或其它神秘材料,为构建更加简单的量子计算机开辟了新途径。今后还可以逐步升级完善,实现大规模生产。论文合作者安德鲁·祝阿克说,我们希望这种量子计算机能以更快的速度执行各种任务,比如检索数据、构建复杂分子模型、开发新型药物,还能破解大部分现代密码。