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研究表明单粒子的量子态可作为存储最基本单位

摘自存储在线 2006-11-23

犹他大学的物理学家Christoph Boehme实验证明,在将来,用超高速的量子计算机读出以磁"旋"磷原子形式存储的数据是切实可行的。这就表明单粒子的量子态可以作为存储的最基本单位。

犹他大学物理学副教授Christoph Boehme说:“我们已经通过实验证明,嵌入硅的磷原子的核自旋方向可以通过穿过磷原子的微量电流在测量。”

迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机。现代计算机都按照相同的基本原理工作,通过操纵代表一位信息("0"或"1")的每个晶体管执行计算。量子计算采用完全不同的方法,使用了量子位或者叫昆比特(qubit),按照量子物理的神奇理论,它可以同时为"0"或"1"。

一个昆比特(qubit)可以存储和处理两倍于一个常规比特(bit)的信息。看上去似乎没什么大不了的,但把昆比特组合起来时,改进就成了指数级的,换句话说,两位昆比特比两位比特强大四(2×2)倍。这意味着一个64位昆比特计算机理论上将比最新的64位计算机强大180万亿亿(2×64)倍。如此强大的计算能力的影响已经完全超出了我们的想象。

Boehme的新研究实验是受到澳大利亚澳大利亚的一位物理学家Bruce Kane启发,这位物理学学家曾发表了一篇名为《硅基核自旋量子计算》的论文。在这种计算机中,硅与磷原子参杂在一起,数据可以在这些原子核自旋中进行编码。外部应用的电场可以用来读出并处理以“旋(spin)”的形式存储的数据。

关于旋(spin)的意思解释起来比较困难。简单来说,想象一下每个粒子里面包含一根极小的磁条,像指南针一样,可以指向上也可以指向下来代表粒子的旋。在基于旋的量子计算机中,上下代表0和1,昆比特(qubit)可以同时为“0”或“1”。

在此次研究实验中,Boehme和他的同事将硅和磷原子参杂在一起。通过利用外部电流,他们可以“读”存在于硅表面附近的10000个磷原子核和电子的net spin。

真正的量子计算机应该只需要读单个粒子的旋,而不用读成千上万的旋。在此之前,通常用一种名为磁共振的技术可以读结合在一起的100亿个磷原子中的电子的net spin。

Boehme称:“我们发现了一种机制,当磷靠近硅表面时,我们可以测量单个磷原子的核中的旋。”他还说,通过改良设计,应该制造一种更小的装置让我们可以读单一磷原子核。

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