史上最純 新型態矽開啟量子運算新紀元
編譯／戴偉丞
英國曼徹斯特大學的科研團隊上週在《Nature Communications》期刊上發表了一項最新研究，設計出「史上最純的矽」來建構量子位元，並將其在晶片上設計成針頭大小，有望以這個傳統半導體材料來取代量子位元經常使用的超導金屬鉭與鈮，為未來的百萬量子位元量子運算技術帶來更多潛力。
須克服雜訊問題
外媒報導，這些機器可能比目前世界上最快的超級電腦更為強大，但是需要大約100萬個量子位元才能實現此一目標，而目前最快的量子電腦則為1000個量子位元。然而，量子運算的關鍵挑戰即是量子位元之間的雜訊，由於量子運算過程中極容易受到干擾而受到阻斷，例如：溫度變化而中斷資訊傳輸。換句話說，即便擁有數百萬量子位元的量子電腦，也有可能因為雜訊干擾而降低電腦運算效率。
世界上最純的矽
量子運算公司 QuEra 表示，有鑒於出現雜訊的週期相對較長、製造成本較低、工作溫度較高、體積也相對方非常小，用矽、鎵或鍺等半導體材料建構量子位元比超導金屬量子位元具有優勢，但是半導體材質可能會在運算過程中相互干擾。
天然矽通常由矽-28、矽-29、矽-30組成，在量子運算中經常出現問題，特別是矽-29會引發化學效應進而出現雜訊干擾與數據遺失。在最新研究中，科學家使用矽-28來製造量子位元，並在天然矽去除其中的矽-29、矽-30後，將其稱為「世界上最純的矽」。據其所言，這些矽量子位元不太容易出現故障，同時也能夠做成針頭大小。
變革技術的關鍵基石
該研究報告的主要計畫主持人曼徹斯特大學尖端電子材料教授 Richard Curry 在聲明中表示，我們能夠有效地製造初建構矽量子電腦所需要的關鍵基石，是一項有可能為人類帶來變革技術的關鍵一步。墨爾本大學物理學校受 David Jamieson 則表示，現在可以生產極純的矽-28，下一步則將證明可以同時維持許多量子位元的不間斷使用。
目前，有些應用程式中只需要30個量子位元，就能超過現在超級電腦所提供的算力。理論上，可以使用與製造傳統晶片的相同方法來建構矽量子電腦的相關零組件，並在利用這種晶片將數十億的電晶體安裝到一塊微型電路板上。團隊補充道，矽量子位元並不是什麼大新聞，但是如此純凈的矽品質是前所未見並且經過顯微鏡測試確認的。
資料來源：Space.com
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