新方法，新技術，邁向消費者買得起「量子計算機」的第一步！

筑波大學一個研究小組研究了一種利用超短激光脈衝在硅晶體內產生相干晶格波的新方法。通過理論計算和匹茲堡大學的實驗結果，能夠證明相干振動信號可以維持在樣品內部。這項研究可能會促使基於現有硅設備的量子計算機出現，這些硅設備可以快速地執行目前最快的超級計算機都無法完成的任務。從家用個人電腦到商業伺服器，計算機是我們日常生活的核心部分，計算機力量繼續以驚人的速度增長。

然而，對於傳統計算機來說，有兩個大問題迫在眉睫。第一個是對我們可以在一個處理器中封裝多少晶體管的基本限制。最後，如果要繼續增加計算機的處理能力，就需要一種全新的辦法。其次，即使是功能最強大的計算機也會在某些重要問題上遇到困難，比如在互聯網上保護信用卡號碼安全的密碼演算法，或者優化投遞包裹的路線。這兩個問題的解決方案可能都是量子計算機，它利用了控制非常小尺度的物理規則，比如原子和電子。

在量子體系中，電子的行為更像波，而不是撞球，其位置是「模糊的」，而不是確定的。此外，各種組件可能會糾纏在一起，這樣，如果不參考其他組件，就無法完整地描述每個組件的屬性。一個有效的量子計算機必須保持這些糾纏態的相干性足夠長才能進行計算。在新研究中，Tsukuba大學一個團隊和匹茲堡大學物理學和天梅隆大學主席Hrvoje Petek使用非常短的激光脈衝，來激發硅晶體內的電子。第一作者渡邊洋平(Yohei Watanabe)博士解釋說：

利用現有的硅來進行量子計算，將使向量子計算機的過渡變得容易得多。高能電子產生了硅結構的相干振動，使電子和硅原子的運動糾纏在一起。然後利用第二激光脈衝對系統進行時延變化後的狀態檢測。根據理論模型，科學家們能夠解釋觀察到電荷隨延遲時間的變化。執行該實驗的資深作者Muneaki Hase教授說：這個實驗揭示了控制相干振動的潛在量子力學效應。從這個意義上說，這個項目代表著朝著消費者買得起的量子計算機邁出第一步。

研究了非摻雜硅晶體中相干聲子產生時間信號的光譜特徵，建立極化子准粒子模型計算了離子核誘導電荷密度隨時間變化的延遲縱向光學聲子格林函數(LO-)。在低聲子模與等離子體模在早期幾乎保持能量共振的情況下，發現信號頻譜的不對稱性；這種情況在超短泵浦激光脈衝照射後可立即持續約100秒。從時間絕熱圖可以看出，這種不對稱性是由兩種模態之間的羅森-齊納耦合引起。

通過對隨時間變化的電光反射率信號測量，得到了相應的實驗結果，並與計算結果進行了比較，證明了計算結果的一致性。隨著光激發載流子密度由滿足上述條件進一步向載流子密度的高、低方向變化，光譜變得更加對稱。此外，還研究載流子密度光學章動對相干聲子信號的影響，並與瞬態Fano共振引起的不對稱性以及GaAs晶體中觀察到的譜線進行了比較，這些研究發現和成功都將為未來的量子計算機奠定一定基礎。

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