量子计算，终于做成“集成电路”了( 二 ) 本文来自微信公众号：机器之

Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型是一个著名的分子理论表示，它采用原子和它们的电子之间的相互作用来解释化合物的物理和化学性质。 Simmons说， “这是一个可以用经典计算机解决的众所周知的问题，因为其中只有很少的原子，一台经典计算机就可以处理所有的相互作用。但我们现在尝试用量子系统来解决它。 ”

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聚乙炔的球棍模型显示了碳原子（深灰色）和氢原子（浅灰色）之间的单键和双键。
那么SQC团队是如何在他们的量子设备上模拟聚乙炔的呢？
“我们让处理器本身模拟碳原子之间的单键和双键， ”Simmons解释说， “我们以亚纳米级的精度进行工程设计，试图在硅系统内模仿化学键。所以这就是它被称为量子类比模拟器（quantumanalogsimulator）的原因。 ”
利用机器中的原子晶体管，研究人员模拟了聚乙炔中的共价键。
根据SSH理论，聚乙炔中有两种不同的情况，称为“拓扑状态”——取名“拓扑”是因为它们的几何形状不同。
在一种状态下，你可以在单个碳碳键处切断链路，因此在链的末端有双键。或者，你可以切断双键，在链的末端留下单键，由于单键的距离较长，这种做法可以隔开两端的原子。当电流通过分子链时，这两种拓扑状态表现出完全不同的行为。
这就是其中的理论。 Simmons表示：“当我们制造设备时，我们看到的正是这种行为。所以这非常令人兴奋。 ”
墨尔本大学量子计算高级讲师CharlesHill博士对此表示赞同。
“量子技术最有前途的应用场景之一是使用一个量子系统来模拟其他量子系统” ， Hill说道， “在这项工作中，作者考虑了一个由十个量子点组成的链，并用它们来模拟所谓的SSH模型。这是一项了不起的工程。用于该演示的量子设备以亚纳米精度制造。这个实验为将来模拟更大、更复杂的量子系统铺平了道路。 ”
Simmons认为，该复杂生产工艺的优势在于，你“不是在创造一种你必须发明并弄清楚如何制造的新材料” 。
“我们确实拥有原子亚纳米级精度” ，她补充道， “原子本身位于硅基体中，因此我们是在用已用于半导体行业的材料来构建系统。 ”
“整个设备中只有两种原子——磷和硅。我们摆脱了所有其他的东西、所有的接口、电介质，所有在其他架构中引起问题的东西。这在概念上很简单，但显然制作起来很有挑战性。这是一个漂亮、干净、物理的、可扩展的系统。 ”
“挑战在于如何将原子放在适当的位置，并且你知道它在那里。我们花费十年的时间才弄清楚让磷原子进入硅基体，并使其受到保护的化学过程。（其中一项）我们使用的技术是扫描隧道显微镜（STM），一种光刻工具。 ”
将硅板置于真空中后，该团队首先将基板加热至1100°C ，然后逐渐冷却至350°C左右，形成一个平坦的二维硅表面。然后硅被氢原子覆盖，可以使用STM尖端有选择地单独去除。在整个东西被另一层硅覆盖之前，磷原子被放置在氢原子层中新形成的间隙中。

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以原子尺度建模的SQC量子器件
“这意味着我们每次只能制造一个设备” ， Simmons坦言， “但我把它当做是一块瑞士手表——可以非常精确，需要手工制作。我的观点是，要制作一个可扩展的系统，你就需要这种精度。而精度不够，你就很难建立一个量子态，因为你不知道你有什么。所以我们的观点是：是的，它更慢，但你知道可以获得什么。 ”