克服計算瓶頸  超純矽為下一代量子電腦鋪路

編譯／高晟鈞

100多年前，曼徹斯特大學的科學家發現了原子中的原子核，改變了世界，標誌著核物理學的誕生。

基於「核子物理學創始人」Ernest Rutherford所開創的方法，該大學的科學家與澳洲墨爾本大學合作，生產出了一種增強型超純矽，可以建構超高性能量子位元設備，為創造強大的量子電腦奠定了基礎。

克服量子挑戰

量子電腦開發中的最大挑戰之一便是量子位元的高度敏感性，需要極低溫或非常穩定的環境來保持資訊穩定性。因為即使是環境中的微小變化（溫度的輕微浮動）都會導致電腦錯誤。

另一個問題便是規模，包含了物理尺寸與處理能力。雖然10個量子位元的量子電腦便擁有與普通電腦1,024位元相等的處理能力，但占用的體積卻大得多。而科學家普遍認為，一台完全運作的量子電腦，大約需要約100萬個量子位元，才能實現任何超級電腦無法實現的能力。

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超純矽

矽作為半導體產業之母，許多顆ㄒ家也相信它將會是量子電腦的解答之一。六十年過去，科學家們致力於設計矽，使其發揮最佳性能；可惜的是，在量子挑戰中，一切似乎不是那麼容易。迄今為止，製造高品質矽量子位元的能力在一定程度上受到所用矽原料純度的限制。

天然存在的矽是由三種不同質量的原子（同位素）組成，分別是矽28、29和30。對此，曼徹斯特大學以去除矽29、30原子，成功得出世界上最純淨的矽，鋪成通往百萬量子位元途徑的一塊塊墊腳石，有望為製造高精度、大規模的量子電腦奠定扎實基礎。

量子未來的下一步

「現在我們可以生產極其純淨的矽28，下一步將是證明可以同時維持許多量子位元的量子相干性。對於某些應用來說，一台只有30個量子位元的量子電腦，便能擁有媲美甚至超過當今超級電腦的能力。」作者David Jamieson說道。

雖然量子運算仍處於早期階段，但一旦完全發展起來，量子電腦將用於解決現實世界的複雜問題，例如藥物設計、未來氣候模擬等對於當今超級電腦來說過於困難的任務。

資料來源:ScitechDaily

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