受到电场畸变的磷原子电子波图片来源：Arne Laucht博士

由澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）带头的研究团队首次采用简单的电脉冲在硅上进行量子编码，为建造大规模量子计算机成为现实迈出了坚实的一步。

首席研究员、UNSW电气工程与通讯学院Andrea Morello副教授说他的推动已经成功实现了未来量子计算机的一种新型控制方法。

该发现今日在开放获取（Open-access）期刊《科学进展》（Science Advances）上发表。

不同于基于晶体管和硬盘进行数据存储的传统计算机，量子计算机利用被称为量子比特的微观物质的量子态进行数据编码。

隶属于ARC量子计算和通信技术卓越中心（ARC Centre of Excellence for Quantum Computation & Communication Technology）的UNSW研究团队是世界上第一个证实硅单原子自旋量子比特的研究团队，相关成果发表于2012年和2013年的《自然》（Nature）期刊上。

该团队将这些量子比特的控制提高到99%以上的精度，并打破了在固态中存储量子信息时间的世界纪录，相关成果发表于2014年的《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

现在，从1998年起一直难以捉摸的关键一步也被证实了。

“我们发现高度相干的量子比特，就像富集在硅上的单个磷原子的自旋，可以通过电场控制，而不是用振荡磁场的脉冲。”该研究的第一作者、博士后研究员、UNSW的Arne Laucht博士如此描述。

Morello副教授说，使用高度局域的电场扭曲电子与的形状可以将其连接到原子上。

“这种原子级别的变形可以改变电子响应的频率。

“因此，我们可以选择操纵那些量子比特。这有点像通过一个简单的旋钮选择电台频道。在这里，‘旋钮’是原子上方很小电极上的电压。”

研究结果表明，在大型量子计算机上，有可能只需要使用廉价的发电机就能利用电场局部控制独立的量子比特，而不需要昂贵的高频微波源。

此外，这种特定类型的量子比特可通过类似于生产日常电脑的技术来制造，大大降低了开发时间和成本。

该实验所用的设备由澳大利亚国家制造厂（the Australian National Fabrication Facility）新南威尔士（NSW）分厂制造，该厂与新南威尔士大学Andrew Dzurak教授团队有合作关系。

这种电气控制方法成功的关键在于特殊提纯硅（只含有硅-28同位素）薄膜内部量子比特的位置。

“这种同位素是完全非磁性的，不像自然界中的硅，它不会破坏量子比特。”Morello副教授表示。

这种纯硅由日本庆应大学（Keio University）Kohei Itoh教授合作提供。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜      校对：摩天轮