超導體：量子計算機的"矽"

2020-05-01 任哥論道


量子計算機，對我們普通人而言可望不可急。為什麼會有這麼感慨呢？一方面，各國量子計算機都在加緊研發階段，另一方面，想達到量子運算能力必須有一種材料，它的電阻為零。科學家們不約而同地想到了&34;

一． 超導體被各國科學家比喻為量子計算機的&34;

我們知道，現在的晶片，一般是有矽晶片來製造。因為矽晶片的晶體結構極為穩定。有科學家預言，矽晶片最小可製造2nm晶片。如果超過這個極限，就會出現難以解決的困難，&34;。說白了，就是由於納米級別太小了，所設計的電子元器件就會出現&34;現象，這種現象就完全把摩爾定律訂到了&34;。

各國科學家研究量子計算機當然不可能用常規的辦法，於是替代&34;的材料自然就落到了超導材料上了。

超導體：量子計算機的"矽"

超導材料以其材料電阻為零的特性，正好與量子的糾纏特性相吻合，這就是為什麼科學家們把&34;看做量子計算機的&34;了。

二． 量子計算機在運算時同時出現0和1的疊加態

科學家們之所以研究量子計算機，那是因為量子的疊加態提升了運算速度。

打個比方，如果計算一個龐大的數據，一般最快的計算機可能需要計算幾天的時間，而量子計算機可能只需要幾秒鐘便能計算完成。

現在的量子計算機體積龐大，噪音很大，並且耗電量極大，其中最主要的原因是利用電能製造低溫，其目的就是在低溫狀況下，使導體變為&34;，這樣才可能實現疊加態的量子計算。

超導體：量子計算機的"矽"

而這種低溫有的是難以想像的-273度。

只有在這種溫度下，才可能事項某種材料的超導性。

解決量子計算機研發過程中的一個主要問題——如何製造出可以讓這種計算機的內存存儲開關 （即為量子比特）運行足夠長時間的元件是什麼？那一定是&34;。

三． 量子計算機要解決的問題是如何讓平行的自旋電子保持量子計算功能

現在，所有的量子計算機都需要有一種方法來糾正由於周圍環境的問題所帶來的誤差。

現在科學家們正在著手尋找一種材料，即鈾基材料。

超導體：量子計算機的"矽"


近日，由Vidya Madhavan教授帶領的美國伊利諾伊大學大學厄巴納-香檳分校的研究小組與美國國家標準與技術研究院，馬裡蘭大學，波士頓學院以及瑞士蘇黎世聯邦理工的科學家們開展了合作。利用Madhavan教授小組的高分辨掃描隧道顯微鏡（STM），他們得以一窺新型非常規超導態UTe2中暗藏的玄機。他們的研究也指明了UTe2是既是尋找已久的手性超導體，也是一種奇異準粒子的天然載體，而物理學家們已經為此搜尋了幾十年。相關研究結果已經發表在三月26日出版的Nature雜誌上。


非常規超導體UTe2的表面，奇異的Majorana費米子沿相反的臺階朝相反方向運動的示意圖。


量子計算機正在獲得進展。同時，量子理論也正在被越來越多的人所接受。我在此只是以旁觀者的身份看待量子計算機的問題，相信隨著人類的進步，科技的進步會尋找到合成&34;。到那時，量子計算機或許與現在的手機一樣也說不定。

小夥伴們，你們認為呢？

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