從家用PC到商用服務器 計算機是我們日常生活的核心部分

筑波大學的一個研究小組研究了一種利用超短激光脈沖在硅晶體內部產(chǎn)生相干晶格波的新方法。利用理論計算結合在匹茲堡大學獲得的實驗結果，他們能夠證明在樣本內部可以保持相干振動信號。這項研究可能會導致基于現(xiàn)有硅設備的量子計算機能夠快速執(zhí)行即使是現(xiàn)有最快的超級計算機也無法實現(xiàn)的任務。

從家用PC到商用服務器，計算機是我們日常生活的核心部分，它們的功率繼續(xù)以驚人的速度增長。然而，古典計算機即將出現(xiàn)兩大問題。第一個是我們可以將多少個晶體管打包到單個處理器中的基本限制。最終，如果我們要繼續(xù)提高其處理能力，將需要一種全新的方法。第二，即使是功能最強大的計算機也會遇到某些重要問題，例如保證信用卡號碼在互聯(lián)網(wǎng)上安全的加密算法，或優(yōu)化傳送包裹的路徑。

這兩個問題的解決方案可能是量子計算機，它利用了控制非常小尺度的物理規(guī)則，如原子和電子。在量子狀態(tài)下，電子的行為更像波浪而不是臺球，其位置被“抹掉”而不是明確。另外，各種組件可能會纏繞在一起，使得不能完全描述每種組件的性質而不參考另一種組件。有效的量子計算機必須保持這些糾纏態(tài)的一致性足夠長以進行計算。

在目前的研究中，匹茲堡大學物理和天文學RK梅隆大學的筑波大學和Hrvoje Petek團隊使用非常短的激光脈沖來激發(fā)硅晶體內的電子。“現(xiàn)有硅用于量子計算將使向量子計算機的過渡變得更加容易，”第一作者Yohei Watanabe博士解釋說。高能電子產(chǎn)生硅結構的相干振動，使得電子和硅原子的運動變得糾纏。然后在具有第二激光脈沖的可變延遲時間之后探測系統(tǒng)的狀態(tài)。

基于他們的理論模型，科學家能夠解釋在電荷中觀察到的振蕩作為延遲時間的函數(shù)。“這項實驗揭示了控制相干振動的潛在量子力學效應，”資深作者Muneaki Hase教授表示。“通過這種方式，該項目邁向了價格實惠的消費量子計算機的第一步。”