黏附在STM尖端的鐵原子與一個鈦量子比特（藍色）“對話”，用它讀取和寫入其他兩個量子比特（紅色）的信息，并讓它們執行基本的量子計算。
圖片來源：量子納米科學中心
韓國、日本、西班牙和美國等國科學家在5日出版的最新一期《科學》雜志上發表論文稱，他們通過從掃描隧道顯微鏡（STM）的尖端發射微波信號來控制鈦原子，使這些鈦原子執行了量子計算。研究人員表示，盡管這一量子計算平臺在短期內不太可能與目前的主流量子計算方法媲美，但可用于研究化學元素甚至分子的量子特性。
量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單位進行計算的新型計算模式，即利用量子疊加和糾纏等物理特性，以微觀粒子構成的量子比特為基本單位，通過量子態的受控演化實現計算處理。
在最新研究中，韓國基礎科學研究所安德烈亞斯·海因里希團隊研究了自然界中“原始”的量子比特——電子的自旋，測量其方向只能產生兩個可能的值：“向上”或“向下”，對應經典比特的“0”和“1”。但測量前，電子自旋存在于一系列可能的疊加態中。
研究人員首先將鈦原子散射在由氧化鎂制成的平坦表面上，然后使用STM探針的尖端移動鈦原子，將其中3個原子排列成三角形。利用STM尖端發射的微波信號，研究人員能控制其中一個鈦原子中單個電子的自旋。通過適當調整微波的頻率，它們還可使微波的自旋與其他兩個鈦原子的自旋相互作用。
借助這一方法，研究團隊創建了一個簡單的由兩個量子比特執行的量子運算，并讀取出結果。整個操作歷時幾納秒，運算速度快于大多數其他類型的量子比特。
研究人員表示，通過操縱單個原子和分子組合中的自旋，可將這項技術擴展到約100個量子比特，但再進行擴展將變得極其困難。不過，最新進展更多地應用于基礎科學領域。此外，未來多臺STM量子計算機可能互聯，組成一臺更大的計算機。
（原標題：操控單原子構建新型量子計算平臺 可用于研究化學元素甚至分子的量子特性）
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