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精确放置在硅中的原子可以充当量子模拟器

导读 新英格兰总理马尔科姆·特恩布尔在新南威尔士大学开设新的量子计算实验室时,新南威尔士大学的研究人员在开发基于硅的量子计算机方面取得了

新英格兰总理马尔科姆·特恩布尔在新南威尔士大学开设新的量子计算实验室时,新南威尔士大学的研究人员在开发基于硅的量子计算机方面取得了新的进展。

在原理验证实验中,他们已经证明,在硅中非常精确地放置的一小组单个原子可以充当量子模拟器,模仿自然 - 在这种情况下,材料中电子的奇怪量子相互作用。

“以前这种精确的量子模拟无法在没有环境干扰的情况下进行,环境通常会破坏量子态,”资深作者,新南威尔士大学物理学院院长,ARC卓越中心项目经理Sven Rogge教授说。量子计算和通信技术(CQC2T)。

“我们的成功提供了一条途径来开发测试量子物理学基本方面和设计新奇特材料的新方法 - 即使使用当今最快的超级计算机也无法解决的问题。”

该研究发表在Nature Communications杂志上。主要作者是新南威尔士大学的Joe Salfi博士,团队成员包括CQC2T主任Michelle Simmons教授,新南威尔士大学和墨尔本大学的其他CQC2T研究人员以及美国普渡大学的研究人员。

研究了在硅晶体中仅有几个纳米的硼掺杂原子。它们表现得像价键,当外围轨道中具有不成对电子的原子重叠并结合时,“胶”将物质固定在一起。

该团队的主要进展是能够直接测量原子周围的电子“云”以及这些电子的自旋或微小磁取向相互作用的能量。

他们还能够将电子的干涉图案与它们的纠缠相关联,因为它们具有类似波浪的性质,或者它们的性质相互依赖。

“硅芯片中电子的行为与科学家所依赖的最重要的材料理论模型中所描述的电子行为相匹配,称为哈伯德模型,”Salfi博士说。

“这个模型描述了由于它们的波状特性和自旋而产生的不寻常的电子相互作用。其中一个主要应用是了解电网中的电子如何在没有电阻的情况下流动,即使它们相互排斥,“他说。

该团队还发现了一个违反直觉的观点 - 硅片中电子的纠缠增加了它们分开的程度。

“这证明了量子系统典型的奇怪行为,”罗格教授说。

“我们的正常期望是增加两个物体之间的距离会使它们相互依赖,而不是更多。

“通过在硅芯片中的网格中制作更大的掺杂剂原子,我们可以实现20世纪80年代物理学家Richard Feynman首先提出的能够模拟自然并帮助我们更好地理解它的量子系统的愿景,”他说。

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