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悉尼新南威尔士大学的物理学家们再创量子突破！
他们成功打造了量子计算机的超快核心构件，将20年前科学家首次提出的大胆构想变为现实，在通往实现原子级量子计算机的道路上再下一城。
这一科研团队由2018年度杰出澳大利亚人得主、我们的量子物理学家、卓越教授米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons）领导。
科研大神们创建了首个硅中双原子量子比特门，完成一次操作仅需0.8纳秒，是迄今为止在硅中展示最快的，比其他现有的自旋双量子门要快200倍。
这一科研突破发表在了世界权威科学期刊《自然》上。
双量子比特门是量子计算机的核心构件。在米教授团队的方法中，双量子比特门是在两个电子自旋之间的一种运算，与传统电子学中经典逻辑门所扮演的角色相类似。
这也是他们第一次通过把两个原子量子比特放置在比以往更靠近的距离构建出双量子比特门，并实时可控地观察、测量其自旋状态。
米教授团队独特的量子计算方法不仅需要考虑到硅中单个原子量子比特的位置，还需要配合相关电路进行初始化、调控、并读取纳米级的量子比特。
这一概念要求的精准程度之高，曾在很长一段时间里被视为是“不可能完成的任务”。但如今在这一科研里程碑的驱动下，他们将可以把技术转换成可扩展处理器。
精确到十亿分之一米
利用扫描隧道显微镜去精准定位并将磷原子压缩至硅材料中，我们的科研团队首先需要计算出两个量子比特间的最佳距离，来确保关键运算的可能性。
联合第一作者山姆·戈尔曼（Sam Gorman）表示，“我们的制造技术能把量子精准置放在我们想要的位置上。这就可以让我们有能力让双量子比特门尽可能地快。”
“自上次突破以来，我们不仅把量子位置拉近了，而且也学会了以次纳米级的精确度去控制设备设计的各个方面，以确保高度可靠性。”
实时监控量子互动
之后，他们能够实时测量量子状态是如何演变的。而且最令人兴奋的是，科研人员展示了如何在纳秒级时间尺度上控制两个电子之间的相互作用。
另一位联合第一作者贺煜博士表示，“我们可以让量子比特的电子更近或更远，有效打开或关闭它们之间的互动，这也是量子门的先决条件。”
“我们方法的独特之处在于，量子比特的电子受到严格限制，而且系统本身的低噪音也让我们能展示出迄今为止硅材料中最快的双量子比特门。”
“我们所演示的量子门，即所谓的交换门，也非常适合在量子比特之间传输量子信息，当与单个量子比特门相结合时，可以让你运行任何量子算法。”
不可能完成的任务？
米教授表示，这是20年来科研努力的大成。
“这是一个巨大的进步，我们不仅能在两个原子之间创造相互作用，还能让它们在不干扰对方的情况下单独交谈，真的令人不可思议。很多人都曾认为这是不可能的。”
“我们现在已经证明，在量子级别掌控世界，这个可以有。”
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雷杜若
