低价量子电脑现曙光! 普林斯顿大学硅基量子晶片实验成功

什么材料才是量子电脑晶片的最佳解答？普林斯顿大学研究团队12月7日在科学期刊发表最新研究，他们用随处可见同时也是现今传统电脑晶片材料的硅，制造出可以控制让两个电子间表现出量子现象的高精度硅晶片。

研究团队用硅材质，建造了一个可以控制两个电子交互作用的闸门，并让他们夹带量子位元资讯，普林斯顿大学研究院长办公室传播经理Catherine Zandonella表示，这个几乎零误差的双量子位元闸门的演示，是以硅材料发展量子电脑很重要的一步。而普林斯顿物理系教授Jason Petta也说，这个硅基量子技术实验的成功，代表有机会建造大型的量子电脑。

Catherine Zandonella表示，硅基材料相较其他技术是更便宜的，即便现在已经有其他团队发表可以容纳50个或是更多的量子位元晶片，但是他们使用像是超导体或是雷射激发原子技术等较难以取得的材料与方法。

为了建造量子电脑，需要产生高保真配对量子位元，硅基量子技术是利用电子的自旋特性，以类似南北磁极指针上与下的方向作为编码属性，与传统电脑晶片操控电子的负电荷不同。

而由于量子自旋态的脆弱性，要制作出高效能自旋量子设备非常困难，电子自旋方向很容易受外界因素影响，而普林斯顿大学量子设备奈米加工研究室制造出来的硅基量子装置能长时间保持量子自旋不受干扰。

研究员在高度排序的硅晶体上铺了一层很薄的氧化铝，建造出两个量子位元的闸门，在氧化铝线路传送电压后，便能捕捉到被能量障壁分开的两个电子，这样的结构被称为双量子点，接着藉由降低能量障壁，研究员能让电子产生量子纠缠，而被捕捉并产生量子纠缠的电子就能被拿来表达1与0。研究员可以使用第一个量子位元控制第二个量子位元，做出受控反闸功能，是量子版本的其中一种逻辑闸，也就像是电脑电路元件的量子版。

Catherine Zandonella认为，量子电脑能藉由分析极大量的数字为複杂问题找出最佳解答，也能帮助科学家了解物理特性或是分析像是原子或是分子等小粒子，能被应用在材料科学或是药性分析。

两个蓝色小圆表示双量子位元的硅基闸门中的两个电子，将绿色与红色的氧化铝施予电压后，研究员能捕捉并控制电子的自旋特性，转为量子位元。