MIT發現新型材料，真正意義上的量子計算機可能不遠了

該項發現意味著量子領域的研究正在邁出重要的一步。

近日，MIT的研究團隊在實驗中發現，簡單的鈉和鉀原子構成的分子就可以作為量子計算機的量子比特，並且該分子儲存信息的能力比此前已有的任何材料都要強數百倍。

量子，指的就是一個不可分割的基本個體（最小的單元）。一個物理量如果有最小的單元且是離散的，就說這個物理量是量子化的。值得注意的是，量子的離散性質是可以實現量子計算機這一構想的基礎。

量子計算機，就是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。目前有多家公司致力於量子計算機的研究與開發，包括谷歌、微軟等。

而此處，關於尋找合適的量子，MIT的研究團隊表示，他們僅僅使用由兩個原子構成非常簡單的分子作為量子，就可以獲得讓人驚艷的性質。

對於為什麼選用分子而非原子，MIT的物理教授Martin Zwierlein解釋道：「分子比原子具有更強的操縱性，它們可以振動、旋轉。事實上，它們之間有很強的相互作用，擁有更多形式的運動形態，而原子很難做到。通常兩個原子只有在相遇的情況下才能有相互作用，而大多數情況下，原子的相遇時間太短，但分子就不會。所以為了維持長時間的量子計算，使用分子作為量子是更好的選擇。」

在構成分子的原子數量選擇上，研究人員Jee Woo Park表示，選擇兩個原子，是因為在偶極分子中，量子信息的存儲時間要長。而且，分子中的原子越多，就越難以冷卻它們。

就分子本身來看，此類分子具有三個關鍵特徵：旋轉、振動和兩個單個原子的核的自旋。在實驗中，研究人員根據最低的振動、旋轉和核旋轉的對齊狀態，可以實現對該分子的完全控制。

Zwierlein總結道：「使用鈉—鉀分子有兩大優點。一是分子是化學穩定的，兩個分子相遇也不會分裂；二是該分子存儲量子信息的時間長達一秒鐘，比目前通過量子編碼的方式所得到的穩定時間要高出一千倍。」

這一發現預示著，以此為基礎實現的系統將能夠連續進行數千個門的量子計算。對此，Zwierlein表示，將會做一個門用來實現量子比特之間的操作，即加法、減法及相關的邏輯運算。

未來也會使用一個可能有1000個分子的陣列來實現複雜的計算，如應用到金融交易的加密系統上。

從電子層面上來看，量子計算是對經典計算的擴充。目前我們的計算機本質上就是給定一個輸入只有唯一輸出的內部邏輯電路，而量子計算是可以實現在同一介面下多輸入多輸出，即所謂的疊加態，具有誘人的前景。

但在實際系統中，量子計算能夠實現的根本因素就是合適的量子。而目前，有許多科學家都在尋找合適的量子。

正如英國物理學教授所言，該項發現是量子研究領域邁出的重要一步，極大地推動了量子相干性、量子信息和量子模擬等方面的研究。

此外，Zwierlein還表示，除了量子計算，該分子還具有進行精密測量和應用於量子化學領域的潛力。

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