量子計(jì)算雖然處于早期階段，但通過(guò)利用最小尺度的粒子，有可能極大地提高處理能力。一些研究小組已經(jīng)報(bào)告說(shuō)，他們進(jìn)行的(量子)計(jì)算可能需要傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)花費(fèi)數(shù)千年的時(shí)間。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)可以提供牢不可破的加密和對(duì)自然界的模擬，從而超越今天具備的能力。

一個(gè)由加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究小組，包括哈佛大學(xué)的合作者，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)根本性的新策略來(lái)構(gòu)建全新的量子計(jì)算機(jī)。雖然目前的技術(shù)水平采用了電路、半導(dǎo)體和其他電氣工程工具，但該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制定了一個(gè)基于化學(xué)家定制設(shè)計(jì)原子構(gòu)件的計(jì)劃，當(dāng)它們被組合在一起時(shí)，可以控制更大的分子結(jié)構(gòu)的特性。

上周發(fā)表在《自然-化學(xué)》上的這一發(fā)現(xiàn)，最終可能導(dǎo)致量子計(jì)算能力的飛躍。

本項(xiàng)研究的通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校物理學(xué)教授Eric Hudson說(shuō)：“我們的想法是，與其建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，不如讓化學(xué)為我們建造它。我們所有人都還在學(xué)習(xí)這種類型的量子技術(shù)的規(guī)則，這項(xiàng)工作現(xiàn)在是非常科幻的。”

傳統(tǒng)計(jì)算中信息的基本單位是比特，每個(gè)比特只限于兩個(gè)值中的一個(gè)。相比之下，一組量子比特可以有更大范圍的數(shù)值，成倍地提高計(jì)算機(jī)的處理能力。僅僅代表10個(gè)量子比特就需要1000多個(gè)普通比特，而20個(gè)量子比特需要100多萬(wàn)個(gè)普通比特。

這一特性是量子計(jì)算變革潛力的核心，取決于原子相互作用時(shí)適用的反直覺(jué)規(guī)則。例如，當(dāng)兩個(gè)粒子相互作用時(shí)，它們可以成為聯(lián)系在一起的，或者說(shuō)是糾纏在一起的，因此，測(cè)量一個(gè)粒子的屬性決定了另一個(gè)粒子的屬性。

然而，這種糾纏是脆弱的。當(dāng)量子比特在其環(huán)境中遇到微妙的變化時(shí)，它們就會(huì)失去 "量子性"，而這正是實(shí)施量子算法所需要的。這限制了最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)少于100個(gè)量子比特，而保持這些量子比特的量子狀態(tài)需要大型機(jī)器。

據(jù)Eric Hudson分析，開(kāi)發(fā)基于化學(xué)的量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)實(shí)上可能需要幾十年時(shí)間，而且不一定會(huì)成功。未來(lái)的步驟包括將量子比特錨定在更大的分子上，使被拴住的量子比特作為處理器進(jìn)行互動(dòng)，而不發(fā)出不必要的信號(hào)，以及將它們糾纏在一起，使它們作為一個(gè)系統(tǒng)工作。

該項(xiàng)目由美國(guó)能源部資助，給了物理學(xué)家和化學(xué)家一個(gè)機(jī)會(huì)，使他們能夠突破特定學(xué)科，用共同的科學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行交流。

標(biāo)簽： 構(gòu)建全新的量子計(jì)算機(jī) 大學(xué)洛杉磯分校 量子計(jì)算能力的飛躍 學(xué)科研究小組