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[涨姿势] 最纯净的硅可能是构建可靠量子计算机的秘密成分

作者：精品下载站日期：2024-12-13 16:13:10 浏览：10 分类：涨姿势

最纯净的硅可能是构建可靠量子计算机的秘密成分

这一突破可能会带来无差错的量子计算。

量子计算机最终可能与普通计算机相似，至少在结构方面如此！

图片来源：graphicINmotion/Shutterstock.com

硅是计算的基石。它的特性和丰富性使得它如此。您正在使用硅芯片的设备上阅读本文。量子计算机是计算领域的下一个巨大飞跃，能够进行甚至我们最强大的超级计算机也无法完成的计算。它们可能仍然基于硅，但有一点不同：它可能需要达到以前从未达到的纯度水平。人类现在可以生产这种硅。

目前的问题是，硅在自然界中通常以三种形式存在：硅 28、硅 29 和硅 30。这些被称为同位素。 Silicon-28 的原子核中有 14 个质子和 14 个中子，是更常见的类型，占自然界中发现的所有硅的 92.2% 以上。另外两种分别具有 1 个和 2 个额外中子，分别占天然硅的 4.7% 和 3.1%。

计算机芯片中硅 29 和 30 的存在没什么大不了的。但量子计算的情况就不同了。这一切都归结为量子位或量子位的相干性。这就是量子计算机保持无错误的能力。量子位非常容易受到环境的影响，因此它们通常在接近绝对零的情况下运行。

事实证明，硅 29 中额外的中子足以扰乱相干性，从而在量子芯片中产生错误。通过向芯片发射硅 28 原子束，研究小组能够将硅 29 的含量从 4.5% 减少到百万分之二 (0.0002%)。

“目前日常计算机中的电子芯片由数十亿个晶体管组成，这些晶体管也可用于为硅基量子设备创建量子位。迄今为止，制造高质量硅量子位的能力在一定程度上受到所用硅原材料纯度的限制。我们在这里展示的突破性纯度解决了这个问题，”主要作者、曼彻斯特大学/墨尔本大学库克森学者拉维·阿查里亚 (Ravi Acharya) 在一份声明中说道。

墨尔本大学的 David Jamieson 教授补充道：“其他人正在尝试替代方案，但我们相信硅是量子计算机芯片的主要候选者，它将实现可靠量子计算所需的持久一致性。”

一些量子计算机一直在处理 1,000 个量子位，但量子相干性只能维持几毫秒，因此它们的潜力仍然有限。此前，使用纯度较低的硅来使单个量子位保持 30 秒的相干性，这一记录尚未被打破。

“现在我们可以生产极其纯净的硅 28，我们的下一步将是证明我们可以同时维持许多量子位的量子相干性。对于某些应用而言，一台只有 30 个量子位的可靠量子计算机将超过当今超级计算机的能力。”Jamieson 解释道。

该研究发表在《通讯材料》上。