斯坦福大学研究人员推进量子计算研究

斯坦福大学电气工程教授Jelena vukovic及其实验室的同事正在研究可能成为量子计算基础的新材料。虽然传统计算机中的硅晶体管通过设备推动电力以创建数字1和0，但量子计算机通过隔离新型半导体材料内部的旋转电子来工作。

当激光撞击电子时，它会通过发射一个或多个光量子或粒子来揭示其旋转的方式。这些自旋状态取代了传统计算的1和0。据新华社报道，在将近20年的研究中，Vuckovic专注于挑战的一个方面: 创造新型的量子计算机芯片，这些芯片将成为未来系统的基础。挑战在于开发可以捕获单个孤立电子的材料。

为了解决这个问题，斯坦福大学的研究人员最近测试了三种不同的方法，其中一种可以在室温下运行，这与一些世界领先的技术公司正在尝试将材料过冷至接近绝对零度 (原子将停止移动的理论温度) 相比。

在这三种情况下，研究人员从半导体晶体开始，即具有规则原子晶格的材料，如摩天大楼的大梁。通过稍微改变该晶格，他们试图创建一种结构，其中材料施加的原子力可以限制旋转的电子。创建激光-电子相互作用室的一种方法是通过称为量子点的结构或砷化镓晶体内部的少量砷化铟。已知两种材料的原子特性会捕获自旋电子。

在《自然物理学》上发表的一篇论文中，Vuckovic实验室的研究生Kevin Fischer描述了如何在这样的量子点中利用激光电子过程来控制光的输入和输出。通过向量子点发送更多的激光功率，研究人员可以迫使它恰好发射两个光子，而不是一个。与其他领先的量子计算平台相比，它具有优势，但仍需要低温冷却。

因此，该结果可能不适用于通用计算，但量子点可能在创建防篡改通信网络方面具有应用。另一种电子捕获方式，正如Vuckovic和她的同事在另外两个案例中所研究的那样，是修饰单晶以将光捕获在所谓的色心中。

在NanoLetters上发表的一篇论文中，Vuckovic实验室的研究生Jingyuan Linda Zhang描述了一个由16名成员组成的研究小组如何用硅原子取代金刚石晶格中的一些碳原子。

改变产生了色心，有效地将自旋电子捕获在金刚石晶格中。但是，像量子点一样，大多数金刚石色心实验都需要低温冷却。但是该领域仍处于早期阶段，研究人员不确定哪种方法会胜出。“我们还不知道哪种方法是最好的，所以我们继续试验，” Vuckovic指出。