量子计算再迎新突破 显微镜操控钛原子自旋 实现微观量子计算

量子计算领域再获重大突破，科学家们利用高精尖的扫描隧道显微镜（STM），成功实现了微观量子计算。通过发射微波信号，他们巧妙地操控了钛原子的行为。

该研究成果已在本月被刊登在权威学术期刊《Science》上。研究团队由韩国基础科学研究所（IBS）量子纳米科学中心领衔，同时汇聚了日本、西班牙和美国的顶尖科学家。

论文指出，这一微观量子平台并不会与传统主流量子计算产生竞争，而是作为新的研究方向备受瞩目。未来，该技术将有望揭示化学元素乃至分子的深层次量子特性。

固体中的单个电子自旋成为量子科学和技术的热门候选者。电子自旋具有“向上”和“向下”两种状态，类似于经典比特中的“0”和“1”。但在测量之前，电子自旋却呈现出各种可能的叠加状态。

科学家们首先把钛原子散布在氧化镁制成的平滑表面上，然后用STM探针精细操控钛原子的位置，将三个原子排列成紧密的三角形。借助STM探针发射的微波信号，研究人员能够精准控制其中一个钛原子内单一电子的自旋状态。

这三个钛原子在扫描隧道显微镜内被安排得足够近，使得它们能够感知彼此的量子自旋。一个粘在STM尖端上的铁原子充当了“媒介”，与其中一个量子位进行“交流”，读取并写入其他两个量子位的信息，并驱动它们完成基本的量子计算。

更令人惊奇的是，通过微调微波的频率，研究人员还能让微波的自旋与其他钛原子的自旋产生互动。利用这种方法，研究团队成功创建了一个由两个量子比特执行的简单量子运算，并在短短几纳秒内完成了运算结果的读取。这一运算速度相比其他类型的量子比特更具优势。这一突破为量子计算的发展开启了新的可能性。