該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著量子領(lǐng)域的研究正在邁出重要的一步。

近日，MIT的研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的鈉和鉀原子構(gòu)成的分子就可以作為量子計(jì)算機(jī)的量子比特，并且該分子儲(chǔ)存信息的能力比此前已有的任何材料都要強(qiáng)數(shù)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(xiàn)量子計(jì)算機(jī)這一構(gòu)想的基礎(chǔ)。

量子計(jì)算機(jī)，就是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)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(tuán)隊(duì)表示，他們僅僅使用由兩個(gè)原子構(gòu)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(duì)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(qiáng)的操縱性，它們可以振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。事實(shí)上，它們之間有很強(qiáng)的相互作用，擁有更多形式的運(yùn)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(shù)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(zhǎng)時(shí)間的量子計(jì)算，使用分子作為量子是更好的選擇。”

在構(gòu)成分子的原子數(shù)量選擇上，研究人員Jee Woo Park表示，選擇兩個(gè)原子，是因?yàn)樵谂紭O分子中，量子信息的存儲(chǔ)時(shí)間要長(zhǎng)。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，此類分子具有三個(gè)關(guān)鍵特征：旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)和兩個(gè)單個(gè)原子的核的自旋。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員根據(jù)最低的振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和核旋轉(zhuǎn)的對(duì)齊狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該分子的完全控制。

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

這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)將能夠連續(xù)進(jìn)行數(shù)千個(gè)門(mén)的量子計(jì)算。對(duì)此，Zwierlein表示，將會(huì)做一個(gè)門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)量子比特之間的操作，即加法、減法及相關(guān)的邏輯運(yùn)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(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算，如應(yīng)用到金融交易的加密系統(tǒng)上。

從電子層面上來(lái)看，量子計(jì)算是對(duì)經(jīng)典計(jì)算的擴(kuò)充。目前我們的計(jì)算機(jī)本質(zhì)上就是給定一個(gè)輸入只有唯一輸出的內(nèi)部邏輯電路，而量子計(jì)算是可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)中，量子計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)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(guó)物理學(xué)教授所言，該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)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(jì)算，該分子還具有進(jìn)行精密測(cè)量和應(yīng)用于量子化學(xué)領(lǐng)域的潛力。

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