氧化鈣缺陷新發現  幾無雜訊的量子位元

編譯／高晟鈞

由芝加哥大學普利茲克分子工程學院教授Giulia Gall領導的研究團隊，利用理論和計算方法發現氧化鈣的缺陷，竟然能產生幾乎無雜訊的量子位元。

來自材料缺陷的量子位元

量子位元（Qubit）是量子計算中編碼資料的基本單位。如今研究人員已經成功開發出許多不同類型的量子位元，大多來自半導體材料內的晶體缺陷（點缺陷）。點缺陷的成因乃可能是高溫使某一原子消失，跑到晶體表面來增加亂度；又或者是像置換型原子（與晶體裡的某一原子置換，比如矽、鎳原子置換鐵原子）和插入型原子（直接插入晶體間隙裡，比如鋼鐵裡的碳原子）。

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這些缺陷的一些特性可以用來儲存資訊，然而許多現有的量子位元非常脆弱。周圍環境中的電子或磁性「噪音」可以改變它們的屬性，導致資訊的遺失。

氧化鈣的潛力

2022年，日本科學家與Galli團隊合作，模擬了超過12,000種材料的特性，以發現能作為量子位元的材料缺陷。在模擬過程，研究團隊發現氧化鈣是一種有可能含有量子位元的材料之一，量子位元可以在特別長的時間內以非常低的噪音水平編碼成訊息。

氧化鈣本是一種廉價的百色粉末，俗稱生石灰或石灰，常用於製造水泥、石膏、紙張和鋼鐵。透過將原子插入材料的缺陷中，有機會開發出不同類型的量子位元。研究團隊透過一系列方法，發現將銻、鉍或碘原子嵌入構成氧化鈣的缺陷中時，其量子位元可以存在數秒鐘（許多量子位元僅能存在數毫秒），雜訊也很少。此外，由於該材料的折射率及其發射光子的能力，它還具有與電信設備良好配合的潛力

儘管現在對於氧化鈣的預測僅僅停留在理論，但從基礎科學的角度來看，這種材料非常有潛力。

資料來源:Innovations

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