MIT發(fā)現新型材料，真正意義上的量子計算機可能不遠了

該項發(fā)現意味著(zhù)量子領(lǐng)域的研究正在邁出重要的一步。

近日，MIT的研究團隊在實(shí)驗中發(fā)現，簡(jiǎn)單的鈉和鉀原子構成的分子就可以作為量子計算機的量子比特，并且該分子儲存信息的能力比此前已有的任何材料都要強數百倍。

量子，指的就是一個(gè)不可分割的基本個(gè)體（最小的單元）。一個(gè)物理量如果有最小的單元且是離散的，就說(shuō)這個(gè)物理量是量子化的。值得注意的是，量子的離散性質(zhì)是可以實(shí)現量子計算機這一構想的基礎。

量子計算機，就是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規律進(jìn)行高速數學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。目前有多家公司致力于量子計算機的研究與開(kāi)發(fā)，包括谷歌、微軟等。

而此處，關(guān)于尋找合適的量子，MIT的研究團隊表示，他們僅僅使用由兩個(gè)原子構成非常簡(jiǎn)單的分子作為量子，就可以獲得讓人驚艷的性質(zhì)。

對于為什么選用分子而非原子，MIT的物理教授Martin Zwierlein解釋道：“分子比原子具有更強的操縱性，它們可以振動(dòng)、旋轉。事實(shí)上，它們之間有很強的相互作用，擁有更多形式的運動(dòng)形態(tài)，而原子很難做到。通常兩個(gè)原子只有在相遇的情況下才能有相互作用，而大多數情況下，原子的相遇時(shí)間太短，但分子就不會(huì )。所以為了維持長(cháng)時(shí)間的量子計算，使用分子作為量子是更好的選擇。”

在構成分子的原子數量選擇上，研究人員Jee Woo Park表示，選擇兩個(gè)原子，是因為在偶極分子中，量子信息的存儲時(shí)間要長(cháng)。而且，分子中的原子越多，就越難以冷卻它們。

就分子本身來(lái)看，此類(lèi)分子具有三個(gè)關(guān)鍵特征：旋轉、振動(dòng)和兩個(gè)單個(gè)原子的核的自旋。在實(shí)驗中，研究人員根據最低的振動(dòng)、旋轉和核旋轉的對齊狀態(tài)，可以實(shí)現對該分子的完全控制。

Zwierlein總結道：“使用鈉—鉀分子有兩大優(yōu)點(diǎn)。一是分子是化學(xué)穩定的，兩個(gè)分子相遇也不會(huì )分裂；二是該分子存儲量子信息的時(shí)間長(cháng)達一秒鐘，比目前通過(guò)量子編碼的方式所得到的穩定時(shí)間要高出一千倍。”

這一發(fā)現預示著(zhù)，以此為基礎實(shí)現的系統將能夠連續進(jìn)行數千個(gè)門(mén)的量子計算。對此，Zwierlein表示，將會(huì )做一個(gè)門(mén)用來(lái)實(shí)現量子比特之間的操作，即加法、減法及相關(guān)的邏輯運算。

未來(lái)也會(huì )使用一個(gè)可能有1000個(gè)分子的陣列來(lái)實(shí)現復雜的計算，如應用到金融交易的加密系統上。

從電子層面上來(lái)看，量子計算是對經(jīng)典計算的擴充。目前我們的計算機本質(zhì)上就是給定一個(gè)輸入只有唯一輸出的內部邏輯電路，而量子計算是可以實(shí)現在同一接口下多輸入多輸出，即所謂的疊加態(tài)，具有誘人的前景。

但在實(shí)際系統中，量子計算能夠實(shí)現的根本因素就是合適的量子。而目前，有許多科學(xué)家都在尋找合適的量子。

正如英國物理學(xué)教授所言，該項發(fā)現是量子研究領(lǐng)域邁出的重要一步，極大地推動(dòng)了量子相干性、量子信息和量子模擬等方面的研究。

此外，Zwierlein還表示，除了量子計算，該分子還具有進(jìn)行精密測量和應用于量子化學(xué)領(lǐng)域的潛力。

最后，記得關(guān)注微信公眾號：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！