用光束重寫量子芯片：超高速計算臨近

用激光束制造的可擦寫芯片使量子計算機朝實用化又邁進了一步。

　　

    量子計算機是我們長期尋求的一種高性能計算機，它的計算速度比現有計算機快很多倍。在一種用光束制造可擦寫的電腦芯片的技術幫助下，超高速的量子計算向實用化又邁進了一步。來自紐約城市大學（The City College of New York ，CCNY）和加州大學伯克利分校（UCB）的研究人員通過光束來控制原子核的自旋，實現了信息的編碼。這項技術可能為量子計算鋪平道路。這個小組在今年6月26日發表的《自然通信》（Nature Communications）上公布了他們的實驗結果。這項研究由美國國家科學基金會支持。

    現有的電子元件在處理速度上正在接近它們的上限。人們通過在半導體上蝕刻圖形來為這些電子元件生產芯片或者集成電路。這些相互連接的圖形充當了在電路中傳遞信息的高速公路，但是傳統的電路有一個缺陷。「一旦芯片被印刷出來，它的功能就固定了。」UCB的化學和生物工程博士傑弗裡·雷蒙（Jeffrey Reimer）博士解釋到，他也是這項研究的合作者。

    這個團隊包括CCNY的物理教授卡洛斯·梅裡雷斯（Carlos Meriles ）和UCB的博士研究生喬納森·金（ Jonathan King）以及CCNY的李雲普（Yunpu Li）。他們見證了在自旋電子學和量子計算這兩個新興學科中針對傳統電路這些問題而尋求到的補救措施。

    他們開發了一項使用激光來讓原子內部的「自旋」按模式對齊的技術，利用這項技術，他們可以飛速地改寫「自旋」的對齊模式。可能在未來的某一天，從這項技術會產生可擦寫的自旋電子電路。

    數字電路和常規的計算程序依靠的是把電荷信息轉化成只含0和1的二進制編碼。而在另一方面，一個「自旋電子」計算機應用的是電子自旋的量子屬性，這讓電子能夠存儲0到1之間的任意數字。我們可以把電子想象成一個「陰陽」圖，「陰陽」圖的暗區和亮區的比例代表著0倒1的任意取值。這意味著我們將能夠進行並行計算，它能夠擴大我們的處理能力。

    然而，由於電子的自旋狀態轉換得太快，人們在嘗試利用電子進行量子計算的道路上從來都是障礙重重。因為，他們用一個極不穩定的載體來運載信息。為了抑制電子快速轉換的隨機性，UCB和CCNY的研究人員們用激光來產生長效的核自旋「磁體」，這個「磁體」可以用來推，拉或者穩定電子的自旋。

    砷化鎵是在我們手機芯片中使用的一種半導體。研究人員用一種特定模式的光照射一份砷化鎵樣本，這和我們把物理圖形光刻到傳統的集成電路上很像。被照射的樣本使所有原子核的自旋對齊，從而它們的電子會立即形成一個自旋電子電路。

    「你將擁有一個只用光束就可實現飛速擦除和重寫的芯片。」梅裡雷斯教授說到。改變光照模式就能迅速地改變電路的布局。

   「如果你能夠用一束光重寫並且改變這個電路圖形，你就能夠制造不同的電路以適應不同的需求。」他補充道。「設想一下，還有什麼系統能滿足你各種各樣的需求！」

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