黑科技 | MIT发现新型材料，真正意义上的量子计算机可能不远了

该项发现意味着量子领域的研究正在迈出重要的一步。

近日，MIT的研究团队在实验中发现，简单的钠和钾原子构成的分子就可以作为量子计算机的量子比特，并且该分子储存信息的能力比此前已有的任何材料都要强数百倍。

量子，指的就是一个不可分割的基本个体（最小的单元）。一个物理量如果有最小的单元且是离散的，就说这个物理量是量子化的。值得注意的是，量子的离散性质是可以实现量子计算机这一构想的基础。

量子计算机，就是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。目前有多家公司致力于量子计算机的研究与开发，包括谷歌、微软等。

而此处，关于寻找合适的量子，MIT的研究团队表示，他们仅仅使用由两个原子构成非常简单的分子作为量子，就可以获得让人惊艳的性质。

对于为什么选用分子而非原子，MIT的物理教授Martin Zwierlein解释道：“分子比原子具有更强的操纵性，它们可以振动、旋转。事实上，它们之间有很强的相互作用，拥有更多形式的运动形态，而原子很难做到。通常两个原子只有在相遇的情况下才能有相互作用，而大多数情况下，原子的相遇时间太短，但分子就不会。所以为了维持长时间的量子计算，使用分子作为量子是更好的选择。”

在构成分子的原子数量选择上，研究人员Jee Woo Park表示，选择两个原子，是因为在偶极分子中，量子信息的存储时间要长。而且，分子中的原子越多，就越难以冷却它们。

就分子本身来看，此类分子具有三个关键特征：旋转、振动和两个单个原子的核的自旋。在实验中，研究人员根据最低的振动、旋转和核旋转的对齐状态，可以实现对该分子的完全控制。

Zwierlein总结道：“使用钠—钾分子有两大优点。一是分子是化学稳定的，两个分子相遇也不会分裂；二是该分子存储量子信息的时间长达一秒钟，比目前通过量子编码的方式所得到的稳定时间要高出一千倍。”

这一发现预示着，以此为基础实现的系统将能够连续进行数千个门的量子计算。对此，Zwierlein表示，将会做一个门用来实现量子比特之间的操作，即加法、减法及相关的逻辑运算。

未来也会使用一个可能有1000个分子的阵列来实现复杂的计算，如应用到金融交易的加密系统上。

从电子层面上来看，量子计算是对经典计算的扩充。目前我们的计算机本质上就是给定一个输入只有唯一输出的内部逻辑电路，而量子计算是可以实现在同一接口下多输入多输出，即所谓的叠加态，具有诱人的前景。

但在实际系统中，量子计算能够实现的根本因素就是合适的量子。而目前，有许多科学家都在寻找合适的量子。

正如英国物理学教授所言，该项发现是量子研究领域迈出的重要一步，极大地推动了量子相干性、量子信息和量子模拟等方面的研究。

此外，Zwierlein还表示，除了量子计算，该分子还具有进行精密测量和应用于量子化学领域的潜力。