量子计算，终于做成“集成电路”了本文来自微信公众号：机器之

本文来自微信公众号：机器之心（ID：almosthuman2014），编辑：张倩、泽南，原文标题：《Nature刊登量子计算重大进展：有史以来第一个量子集成电路实现》，题图来自：视觉中国
6月23日，澳大利亚量子计算公司SQC（SiliconQuantumComputing）宣布推出世界上第一个量子集成电路。这是一个包含经典计算机芯片上所有基本组件的电路，但体量是在量子尺度上。
【量子计算，终于做成“集成电路”了】SQC团队使用这种量子处理器准确地模拟了一个有机聚乙炔分子的量子态——最终证明了新量子系统建模技术的有效性。
“这是一个重大突破。 ”SQC创始人MichelleSimmons说道。由于原子之间可能存在大量相互作用，如今的经典计算机甚至难以模拟相对较小的分子。 SQC原子级电路技术的开发将使公司及其客户构建一系列新材料量子模型，无论是药物、电池材料还是催化剂。用不了多久，我们就可以开始实现以前从未存在过的新材料。 ”
该研究结果登上了新一期的《自然》杂志。

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论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04706-0
在量子层面上复刻经典计算机
就像普通（经典）计算机一样，量子计算机使用晶体管来编码信息。但是，与经典计算机不同的是，量子计算机的晶体管是在量子尺度上的——小到只有一个原子的大小。经典计算机使用比特0和1 ，而量子晶体管使用0、1或0和1的混合来编码量子信息。
工程师可以利用单原子晶体管的量子效应进行计算。但是在量子世界里，事情就没那么简单了。
在量子世界里，粒子以“叠加态”的形式存在——它们的位置、动量和其他物理属性不是由单一值定义的，而是用概率来表示。通过叠加，量子比特可以存储比普通比特复杂得多的多维计算数据。
因此，量子计算机有望比经典计算机快数千倍，甚至数百万倍，执行计算的效率甚至远高于最强大的经典计算机。
不过，它们还有其他的神奇之处。
当叠加态扩展到多个系统或原子时，你就会得到一个“纠缠态” ，即量子比特之间彼此相关联。当量子比特纠缠在一起时，它们的变化就会影响到彼此。这种量子效应有望应用到加密领域。
但同时，这种效应也给科学家制造可用的量子计算机带来了麻烦。
最重要的是，量子系统的概率性质意味着它们非常容易出错。因此，创造量子机器的一个主要挑战是使它们具有相干性，以减少信号中的噪声。 SQC团队认为他们破解的正是这个问题。
“要创造一台量子计算机，我们必须在原子尺度上工作，这样我们才能触及量子态，并让它们相干，且速度快。 ”SQC创始人、论文通讯作者MichelleSimmons介绍说。

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论文通讯作者MichelleSimmons
Simmons的团队在2012年打造了世界上第一个单原子晶体管，并在2021年制造了第一个原子规模的集成电路。 “我们正在关注的是下一个设备——在我们制造出人们可以使用的量子计算机之前，我们还需要解决某种与商业相关的算法。刚开始的时候，我们不知道我们会在那个电路上展示什么。 ”
该团队选择了聚乙炔——一种碳基分子链，化学式为(C2H2)n ，其中n代表重复。

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聚乙炔结构图
聚乙炔中的原子通过共价键结合在一起。单键意味着两个原子共用一个外层电子，双键表示共用两个电子。聚乙炔链中碳原子之间的单键和双键交替，使得该分子成为物理化学中一个有趣的研究对象。