Qubits and pieces:追求量子计算

作者:樊缵碓

<p>总理的科学奖表彰科学和科学教学的卓越表现今年,我们要求三名获奖者反思他们的工作和影响他们职业生涯的因素Malcolm McIntosh年度物理科学家奖,新南威尔士大学副教授Andrea Morello,走路通过他在量子计算方面的工作,我来自一个工人阶级,小镇家庭,来自意大利北部的一个小村庄,我真的没有机会成为一个书呆子的孩子</p><p>我所拥有的最好的是一些小乐高玩具我的父母只是想让我做一些技术教育并找到工作如果我想说我想在大学里学习哲学,他们就没办法让我侥幸逃脱,即使那是我的生命激情从某种意义上来说,我长大的社会经济条件让我对我所选择的领域感兴趣,我总是对科学和理性感兴趣,但是 - 这样说 - 它不是李我有很多其他的选择但是一旦我上大学,我就意识到在基础科学中有多少可以发现,我已经把它作为我的生命使命和激情在过去的几年里我一直在做的是发展并展示了控制纳米尺度物理系统量子行为的新方法获得此奖项的动机是我的研究计划是世界上第一个证明可以在内部放置的单个原子上详细说明量子信息的研究计划硅芯片15年前这是一个科幻小说的想法,当时它首次在新南威尔士大学提出 - 由一位名叫布鲁斯凯恩的美国研究员提出</p><p>当论文出来时,每个人都认识到这是一个多么奇妙的想法是的,但问题仍然存在:谁将把它变为现实</p><p>从工程角度来看,它确实具有挑战性但是Kane提出的观点是,“经典”计算机行业将推向类似于他的想法的设备,以便继续其基于摩尔定律的商业模式和现在,大约15年后,如果你从商店购买一台新电脑,那里的晶体管长度为22nm,这是基于硅的量子计算机Kane设备的尺寸所以有两个有远见的凯恩论文中的一个问题一个是使用硅和硅中的单个原子作为量子信息载体的想法另一个是基本上押注纳米电子工业的发展,最终让研究人员达到这些设备可能的地步容易制造我们现在生产硅纳米芯片,从某种意义上说,它是构成电子设备的简化版本,例如您的手机和电脑但是我们设法做到了e器件通过将它们冷却到极低的温度并用超高频信号照射它们来表现量子力学器件而不是像开关或关闭的经典开关那样,我们需要说服我们的量子比特或量子比特,是一个同时开启和关闭的量子开关到目前为止,我们所做的是在电子上编码量子信息,最近是硅原子的原子核原子核非常特殊,因为它可以保留其量子状态超长时间 - 超纯硅晶体超过一小时它很精致我们需要做的下一件事就是所谓的量子逻辑运算,我们采用两个量子比特并根据状态改变一个量子位的状态</p><p>另一个(逻辑运算)这是任何计算机工作的正常方式如果你把你的计算器拿在手机上并要求它计算3 x 5,那么实际发生的是一些tra之间的一系列逻辑运算手机中的nsistors然而量子计算机的一个特别之处在于,如果你在一对量子位上执行量子逻辑运算,你最终可能会生成一个没有经典模拟的“代码” - 你永远无法在正常情况下编写代码计算机那些特殊的“量子代码”(也称为纠缠态)的存在是量子计算机可以处理如此多的经典信息的原因的一部分</p><p>完成量子计算机体系结构的最后一个部分是传输这种量子信息和连接在物理上不同的地方的量子比特这是它自己的整体挑战 我所做的那种研究也与我多年来开发的一些教学有很大的关系,我从头开始创建一门名为“量子器件”的课程,这本质上是电气工程师的量子力学课程</p><p>如前所述,你在一台全新的计算机中找到的晶体管尺寸为22nm,这意味着它们长约50个原子</p><p>它们非常小 - 比HIV病毒小 - 这就是量子效应真正开始起作用的水平很多艺术制作如此小的晶体管工作的目的是试图保持游戏的自然规则,这是量子规则,在游戏中我坚信,如今量子物理知识正变得越来越重要作为一个重要的部分</p><p>工程师课程15年前,当我还是一名学生时,我的量子力学讲师给了我所有数学,并尽力解释它的来源,但他们没有太多机会给我它应用于何处的简单示例现在,随着构建量子计算机组件的研究取得进展,我可以用更实际的方式教授该学科我可以告诉我的学生关于纳米电子设备 - 由其他学生制作的,我们自己的校园! - 表现得像简单的量子系统,并且具有工程背景的人相对容易理解这在15年前是不可能完成的,它具有巨大的教学价值更多关于2013年总理的科学奖:总理的科学奖:Terry Speed Frank Fenner教授年度生命科学家奖:....

上一篇 : 大卫·塔弗利
下一篇 : 克林特J佩里