超越极限！全球最纯净硅材料助推量子计算技术巅峰

曼彻斯特大学和墨尔本大学的研究人员开发出了一种超纯硅，这对于创建可扩展的量子计算机至关重要，量子计算机有潜力解决全球性挑战，如气候变化和医疗保健问题。

一个立方毫米的大脑组织听起来可能不算多，但如果考虑到这个微小的立方体包含了57,000个细胞、230毫米的血管和1.5亿个突触，总计达到了1400TB的数据量，那么曼彻斯特大学和谷歌研究人员刚刚完成的工作就显得非常巨大了。

曼彻斯特大学的研究团队与谷歌研究科学家合作，利用先进的人工智能算法，结合电子显微镜成像技术，创建了迄今为止最大的突触分辨率、3D重建的人类大脑片段。这一成果可能定义并推动量子计算的未来。

量子计算机的发展面临的最大挑战之一是量子比特（qubits）——量子计算的构建模块——非常敏感，需要一个稳定的环境来维持它们所持有的信息。即使是微小的环境变化，包括温度波动，也可能导致计算机错误。另一个问题是它们的规模，包括它们的物理尺寸和处理能力。科学家认为，一个完全运行的量子计算机需要大约一百万个量子比特，这提供了任何经典计算机都无法实现的能力。

硅是经典计算的基础材料，因为它的半导体特性，研究人员相信它可能是可扩展量子计算机的答案。科学家们在过去60年中学习如何工程化硅，使其发挥最大能力，但在量子计算中，它面临着挑战。天然硅由三种不同质量的原子（称为同位素）组成——硅28、硅29和硅30。然而，占硅约5%的硅29会引起“核翻转”效应，导致量子比特丢失信息。

在曼彻斯特大学的一次突破中，科学家们找到了一种工程化硅的方法，去除了硅29和硅30原子，使其成为制造量子计算机的理想材料，具有高准确性。这一结果——世界上纯度最高的硅——为创建一百万个量子比特提供了一条路径，这些量子比特可能被制造到大头针的尺寸。

项目联合主管、墨尔本大学的David Jamieson教授表示：“我们的技术为可靠的量子计算机铺平了道路，这些计算机承诺在社会各个领域带来变革，包括人工智能、安全数据和通信、疫苗和药物设计，以及能源使用、物流和制造。”

“现在我们能够生产纯度极高的硅28，我们的下一步将是展示我们能够同时维持多个量子比特的量子相干性。一个只有30个量子比特的可靠量子计算机将超过今天超级计算机的某些应用的功率。”

这项研究不仅展示了超纯硅在量子计算中的应用潜力，而且强调了材料科学在推动量子技术发展中的重要性。那么，您如何看待这种超纯硅在量子计算机发展中的作用？您认为它将如何改变我们的计算能力和解决复杂问题的方式？欢迎在评论区分享您的想法，与我们共同探讨量子计算的未来。

参考资料：DOI： 10.1038/s43246-024-00498-0