日前，澳大利亚硅量子计算公司SQC宣布制造出世界上第一个原子级量子集成电路。相关成果论文已发表在最新的《自然》杂志上。
这一成果解开了著名理论物理学家理查德·费曼在63年前提出的一个难题。据了解，在1959年，费曼表示如果想了解自然是如何运作的，那么就必须能够控制物质在与其构成的相同尺度下进行研究，这意味着需要在原子尺度下控制物质。
而这一难题整整困扰了人们六十多年。最后，由新南威尔士大学教授、SQC创始人Michelle Simmons带领的团队给出了这一难题的答案。
SQC 创始人 Michelle Simmons AO 在一份声明中说，“由于原子之间可能存在大量的相互作用，今天的经典计算机甚至难以模拟相对较小的分子。SQC 的原子级电路技术的发展将使该公司及其客户能够为一系列新材料构建量子模型，无论是药品、电池材料还是催化剂。用不了多久，我们就可以开始实现以前从未出现过的新材料了”。
原子级的电路使用量子点来处理信息，量子点是由硅制成的只有几纳米大小的微小半导体，在如此小的尺寸制造电路需要极高的技术要求。
在制造出用作模拟量子处理器的原子级集成电路后，SQC团队用这种量子处理器精确地模拟了一个小的有机聚乙炔分子的量子态，从而证明了他们的量子系统建模技术的有效性。通过精确控制原子的量子态，新处理器可模拟分子的结构和特性，有望帮助科学家“解锁”未来的全新材料和催化剂。
在论文中，研究人员描述了他们是如何模拟有机化合物聚乙炔的结构和能量状态的。聚乙炔是一种由碳和氢原子组成的重复链，其中碳碳之间单双键交替。研究团队构建了一个由10个量子点链组成的量子集成电路，以模拟聚乙炔链中原子的精确位置，其中有6个金属门控制电子在电路中的流动。
要实现前述原子级的量子集成电路，SQC 需要实现三项原子级技术：第一，制造出尺寸一致的量子点，使其能级一致，电子可以轻易地穿过其中；第二，单独调整每个量子点的能级，也可以集体调整全部量子点的能级，以控制量子信息的传输；第三，在亚纳米的精度上控制量子点之间的距离，使其距离足够近，同时保持独立，以便电子在链上进行量子相干传输。
首席研究员、SQC创始人米歇尔·西蒙斯称，选择10个原子的碳链并非偶然，因为它在经典计算机能够计算的大小限制之内，该系统中电子的独立相互作用多达1024个。若增加到20点链，则可能的相互作用的数量呈指数级增加，这将使经典计算机难以求解。
目前，SQC 团队已经使用原子级量子集成电路，精确地模拟了一个小型有机聚乙炔分子的量子态，这将有助于发现和制造新材料。聚乙炔是一种聚合物材料，其结构包括单双键交替的共轭结构，目前可用于制备太阳能电池、半导体材料和电活性聚合物等。
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