美國物理學(xué)家組織網(wǎng)、英國自然網(wǎng)站9月27日報道，澳大利亞和芬蘭3所大學(xué)的一個聯(lián)合研究小組，用硅研制出一種制造量子計算機的關(guān)鍵元件，稱之為“單電子識別器”。它能以92%的保真度探測單個電子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

　　研究小組由澳大利亞新南威爾士大學(xué)電力工程與通訊學(xué)院安德烈婭·默洛博士和安德魯·祝阿克教授領(lǐng)導(dǎo)，墨爾本大學(xué)和芬蘭阿爾托大學(xué)共同參與。為了制造單電子識別器，首次以單個發(fā)射的方式測量了硅中一個電子的自旋狀態(tài)。

　　量子比特是一種抽象的量子位，好比傳統(tǒng)計算機中的比特值0或1。由于電子有兩個截然相反的自旋狀態(tài)，這正是對量子比特的理想描述。它們和傳統(tǒng)比特的不同之處在于：量子比特能同時處在0和1的狀態(tài)，這就使得它在概念上的賦值更加廣泛，從而使量子計算機能成倍提高數(shù)據(jù)處理速度。

　　為了制造量子計算機，必須能實現(xiàn)量子比特狀態(tài)初始化、單個量子比特任意旋轉(zhuǎn)（寫入）、測量其自旋狀態(tài)改變（讀取），并能對至少兩個相鄰量子比特進(jìn)行操作，而且所有這些操作都必須高度保真。

　　早在1998年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的布魯斯·凱恩曾在《自然》雜志上描述了一種以硅為基礎(chǔ)的量子計算機，在該系統(tǒng)中，量子比特由嵌在超純硅芯片中的單個磷原子所限定。

　　新實驗將這一設(shè)想變成了現(xiàn)實。論文主要作者默洛博士說，在我們進(jìn)行單個電子發(fā)射實驗之前，還沒有人能確實測量到單個電子自旋。我們把一個磷原子嵌入一塊硅材料中，利用新設(shè)備探測了單個電子的自旋狀態(tài)，電子的自旋狀態(tài)控制著附近一個電路中的電流。

　　目前，該小組在進(jìn)行快速單電子寫入研究。他們計劃把這兩種設(shè)備合并起來，制成一種2比特邏輯入口，這是一個量子計算機的基本程序單元。未來的目標(biāo)是要研究單個電子旋轉(zhuǎn)、控制自旋與自旋之間的相互反應(yīng)等。

　　研究人員表示，利用硅這種傳統(tǒng)計算機的基礎(chǔ)材料，而不是光或其它神秘材料，為構(gòu)建更加簡單的量子計算機開辟了新途徑。今后還可以逐步升級完善，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。論文合作者安德魯·祝阿克說，我們希望這種量子計算機能以更快的速度執(zhí)行各種任務(wù)，比如檢索數(shù)據(jù)、構(gòu)建復(fù)雜分子模型、開發(fā)新型藥物，還能破解大部分現(xiàn)代密碼。