永遠旋轉的咖啡與奶？最新發現違背傳統物理學的量子晶片

編譯／高晟鈞

相信許多人早晨到公司的第一件事情，就是放下背包、打開咖啡機，來上一杯熱騰騰的咖啡與牛奶，其實量子現象也能用咖啡來解釋。將牛奶加入咖啡並開始攪拌時，黑色與白色的漩渦便逐漸融為一體，最後形成棕色的拿鐵。類似的情況也發生在量子晶片中，由於量子的糾纏態難以在環境中長時間維持，資訊容易迅速紊亂，並限制了量子電腦儲存訊息的能力。

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量子記憶體

傳統電腦以二進位的0與1「位元」進行運算；與之對立，在量子運算的世界中，「量子位元」則可以同時以0和1的形式存在。如今工程師已經成功製造出量子位元，包括被雷射光所捕獲的單原子，或是被稱為超導體的微型設備等等。

然而，就像是你早晨的那杯咖啡一樣，量子位元難以保持穩定。舉例來說，當你將所有量子位元翻轉為1時，它並不會維持；相反地，所有位元會在0與1之間來回變換，直至整個晶片變得雜亂無章。

永遠旋轉的咖啡與牛奶

科羅拉多大學物理學教授Rahul Nandkishore近日透過理論物理學的計算發現，倘若將量子位元排列成特定的模式，即使被磁場或是外在因素所干擾，它們仍舊可以保留信息的完整性，這使得量子記憶體成為可能。

宇宙中幾乎所有事物都傾向於「熱平衡」的原則運作。舉例來說，當冰塊放入咖啡中，咖啡產生的熱會將冰塊融化，最終形成均勻溫度的液體，但隨著越來越多的研究出現，這個物理定律有可能受到挑戰。

研究團隊透過數學建模工具發現，當量子位元被塞進一個「狹窄」的地方時，它們會相對地變得穩定，Nandkishore博士進一步解釋道，當量子位元足夠靠近時，他們可以影響其他量子位元的行為。這就如同盡可能地將人塞進一台電車當中，有些人可能會直立、倒立，甚至是被迫浮空在電車內；最終結果是，他們難以在不影響其他人的情況下翻轉到另一個方向。

因此，研究人員透過計算發現，如果以正確的方式排列量子位元，可能會在量子晶片的周圍流動並且不會降解。儘管只是理論，這對於量子電腦的開發依舊是相當振奮人心的。

資料來源：ScitechDaily

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