一種利用光處理電子的技術可以使量子計算達到室溫。德國和密歇根大學的一組研究人員已經演示了紅外激光脈衝是如何在兩種不同的狀態，即經典的1和0，在一薄片半導體中移動電子。密歇根大學電子工程和計算機科學教授Mackillo Kira說：普通電子產品在千兆赫的範圍內，每秒十億次，這個方法的速度要快一百萬倍。他領導了這項研究的理論部分，發表在《自然》雜誌上，與德國馬爾堡大學的物理學家合作，這項實驗是在德國雷根斯堡大學進行。
量子計算可以解決在傳統計算機上花費太長時間的問題，比如人工智能、天氣預報和藥物設計等領域。量子計算機從它們的量子力學比特或量子位元中獲取能量，它們不只是1或0，但它們可以是這些狀態的混合，也稱為疊加。在經典計算機中，每個位配置必須一個一個地存儲和處理，而一組量子位可以在理想的情況下存儲和處理所有的配置。這意味著，當想要看一堆可能的解決方案，找到最合適的解決方案時，量子計算可以讓更快地到達那裡。但是量子位很難產生，因為量子態非常脆弱。
英特爾(Intel)、IBM、微軟(Microsoft)和D-Wave (D-Wave)等公司所採用的主要商業路線，使用超導電路，將其冷卻到極冷的溫度(-321或更少)，在這一過程中，電子停止相互碰撞，通過一種稱為“相干”的現象，形成共享的量子態。這項新研究沒有找到一種長期堅持量子狀態的方法，而是展示了一種方法，在各州分崩離析之前進行處理。雷根斯堡大學的物理學教授魯伯特·胡貝爾(Rupert Huber)說：從長遠來看，我們看到了一個現實的機會，即引入量子信息設備，它的運行速度要比光波的單一振盪快，這種材料相對容易製造，它在室溫空氣中工作，而且在幾個原子的厚度，它是最大的緊湊。
這種材料是一層鎢和硒的蜂窩狀晶格。這種結構產生一對電子態，稱為偽自旋。它不是電子的自旋(即使是這樣，物理學家們也警告說電子並不是在旋轉)，但它是一種角動量。這兩個偽自旋可以對1和0進行編碼。Huber的團隊用快速的紅外光脈衝刺激電子進入這些狀態，只持續了幾飛秒(一秒鐘的四分之一秒)。初始脈衝有它自己的自旋，即圓偏振，它將電子發送到一個偽自旋狀態。然後，沒有自旋的光脈衝(線性極化)可以將電子從一個偽自旋推到另一個，然後再返回。通過將這些狀態視為普通的1和0，就有可能創造出一種新的“光波”計算機，它的時鐘速度比Kira所提到的更快。沿著這條路線的第一個挑戰將是使用一列激光脈衝來“翻轉”偽自旋。
但是電子也可以在兩個偽自旋之間形成疊加態。有了一系列的脈衝，就有可能進行計算，直到電子脫離它們的相干態。研究小組表示，他們可以快速地翻轉一個量子比特來執行一系列操作——基本上，它足夠快，可以在量子處理器中工作。此外，電子不斷地發出光，這使得在不干擾其脆弱的量子態的情況下，容易讀到量子比特。順時針圓偏振表示一個偽自旋狀態，逆時針方向另一個。量子計算的下一步將是讓兩個量子位同時運行，接近於彼此之間的相互作用。例如，這可能包括堆疊半導體薄片或使用納米結構技術將量子位隔離在一個單片內。
博科園-科學科普｜參考期刊：Nature｜來自：密歇根大學
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