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捕一个电子进“栅栏”美找到快速操控单个电子

  将电子捕捉到“栅栏”中找到了快速操纵单个电子的新方法

  科技日报\\ 2010年2月21日星期日
星期日报记者在美国李茂
图片: Image:2.jpg
人们在设计和制造革命性的量子计算机时遇到的主要障碍之一是找到正确的方法来操作单一的电子,因为构建量子计算机的处理单元或“量子位”将以电子方式。最近,美国普林斯顿大学(Princeton University)物理学副教授贾森·佩塔斯(Jason Pettas)说,他和加州大学圣巴巴拉分校的科学家通过研究发现了一种操纵电子的方法。这种方法可以改变单电子的特性而不会干扰相邻电子的数万亿分之一。这一研究成果为今后开发各种超级处理能力,计算速度超快计算机奠定了基础。佩塔研究小组将电压加载到微电极上,以开发一种捕获一个或两个电子显微镜进料栅栏(量子阱)的新方法。在最近的一期“科学”杂志上,他们发表了一篇关于如何将电子捕获到栅栏中形成“自旋量子比特”的文章。在普通的计算机中,其信息单元是比特,自旋量子比特是量子计算单元的信息。为了获得量子比特,以往实验中使用的技术是将电子放置在微波辐射的环境中。然而,这种技术导致了所有电子的一致性,因此不能用来操纵自旋量子比特中的单个电子。另外,这种方法的缺点是速度慢。 Petri的新方法不仅能够控制单个电子,而且能够在几纳秒内控制很快,Peita说电子具有能够获得小到单个电子的物质的量子力学,并将其与外界隔离。要保持电子处于隔离状态,按照人们的意愿行事,但是电子的孤立环境总是干扰电子,干涉过程会使电子失去量子力学性质在Peita的实验中,电子在进入量子态时是相干的(或一致的),遵循世界上人们所看到的相同的规则。住在量子物理王国中的电子不到1秒就遵守描述超小实体行为的独特的物理定律。裴塔和他们在量子控制领域的同行们,他们的目标是学习如何在量子力学的影响下操纵材料,以便了解物质只有操纵材料属性,才能拥有开发这种量子计算机技术的能力。量子计算机的设计将有效利用这些材料的特性,以多种方式丰富其使用。除了电气化之外,电子也具有旋转特性。在量子力学的世界里,物质可以表现出与普通物质完全不同的特性。 1945年获得诺贝尔物理学奖的奥地利理论物理学家沃尔夫冈·保利(Wolfgang Pauli)提出,量子态的每个电子都可以假设为两个状态之一的“自旋”或“自旋向下”自旋。这可以被看作是一个微小的棒状磁体的行为,它对应于向上旋转时的磁体的北极和当向下旋转时的磁体的北极。电子在量子态下可以同时形成“自旋”和“自旋”部分的一部分或在“自旋”和“自旋”之间的任意状态,这个特征被称为量子力学。迭加“。基于电子自旋的量子比特具有接近无穷的潜力,因为它的状态既不是严格的“开”也不严格的“关”。沛塔全新设计利用电子自旋“状态迭加”特性提供的各种可能性来提升计算能力。在过去的十年里,理论家和数学家们已经找到了可以借用电子“状态覆盖”的计算方法来以现代超级计算机无法实现的速度执行复杂的计算。简而言之,Petita的工作大大地利用了电子自旋的性质,德国康斯坦茨大学的理论物理学家Guido Barcad说,核自旋在开发使用电子自旋量子比特的量子计算机方面通常是令人厌烦的,Peita和同事们新的利用核自旋执行快速量子操作的方法,其结果是固态量子计算机的一个巨大的改进,Pei Ta将其自旋量子位作为下一个量子逻辑的核心元素而获得在实验中,自旋量子比特被冷却到接近绝对零度,被捕获在高纯度砷化镓芯片表面上形成的两个量子阱中,每个量子阱的深度由施加在普林斯顿大学复合材料中心主任费昂(Fein Ang)表示:“通过选择性的栅极电压切换,研究人员可以将电子从一个量子阱移动到另一个量子阱。在Peita研究小组的实验之前表示,不清楚如何操作一个电子自旋而不影响附近空间的其他电子自旋。在自旋电子学领域,科学家们正在研究如何利用电子自旋特性来开发新型电子器件,目前大多数电子器件的操作是基于电子学的另一个重要特性:电子收费的特点Peita认为,他们也面临着很多挑战,他说他的研究只是关于理解整个系统的构建块,探索它的局限性以及如何克服这些局限性,还处于一两个层次量子比特以及数百量子比特等等,但是他们对取得的进展感到高兴,他说,从长远来看还需要好几年的时间才能应用。
(2月19日华盛顿电) nbsp;
 

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