澳洲科學家創造了世界上第一個和電腦一樣多電路－包含經典電腦晶片上的所有基本元件，但在量子尺度上。
這項具有里程碑意義的發現，發表於自然今天，已經醞釀了九年。
「這是我職業生涯中最令人興奮的發現，」資深作家、量子物理學家、Silicon 創辦人米歇爾·西蒙斯 (Michelle Simmons)量子計算新南威爾斯大學量子計算和通訊技術卓越中心主任告訴 ScienceAlert。
西蒙斯和她的團隊不僅創造了本質上具有功能性的量子處理器，還通過對每個原子具有多個量子態的小分子進行建模，成功地對其進行了測試——這是傳統計算機難以實現的。
這表明我們現在離最終利用量子處理能力來更多地了解我們周圍的世界（即使在最小的尺度上）又更近了一步。
「在 20 世紀 50 年代，理查費曼西蒙斯告訴 ScienceAlert，我們永遠無法理解世界是如何運作的，自然是如何運作的，除非我們能夠真正開始以同樣的規模進行生產。
「如果我們能夠開始理解那個等級的材料，我們就可以設計出以前從未製造過的東西。
“問題是：你如何在那個層面上真正控制自然？”
這項最新發明是繼該團隊於 2012 年創造有史以來第一個量子晶體管之後的最新發明。
（A電晶體是一種控制電子訊號的小型設備，僅構成電腦電路的一部分。 積體電路更加複雜，因為它將許多電晶體組合在一起。
為了實現量子運算的這一飛躍，研究人員在超高真空中使用掃描穿隧顯微鏡以亞奈米精度放置量子點。
每個量子點的位置必須恰到好處，這樣電路才能模擬電子如何沿著聚乙炔分子中的一串單鍵和雙鍵碳跳躍。
最棘手的部分是弄清楚：每個量子點中到底應該有多少個磷原子； 每個點的確切距離應該是多少； 然後設計一台機器，可以將微小的點以正確的方式放置在矽晶片內。
研究人員表示，如果量子點太大，兩個點之間的相互作用就會變得「太大而無法獨立控制它們」。
如果點太小，就會引入隨機性，因為每個額外的磷原子都會顯著改變向點添加另一個電子所需的能量。
最終的量子晶片包含 10 個量子點，每個量子點都由少量磷原子組成。
透過在量子點之間放置比單碳鍵更小的距離來模擬雙碳鍵。
選擇聚乙炔是因為它是一種眾所周知的模型，因此可以用來證明電腦正確地模擬了電子通過分子的運動。
量子電腦之所以需要，是因為經典電腦無法模擬大分子； 它們太複雜了。
例如，要建立具有 41 個原子的青黴素分子的模擬，經典電腦需要 10 個原子86電晶體，即“電晶體數量比可觀測宇宙中的原子數量還多」。
對於量子電腦來說，它只需要一個處理器第286章量子位（量子位）。
由於科學家目前對分子在原子尺度上如何發揮作用的了解有限，因此在創建新材料時需要進行大量猜測。
「聖杯之一一直是製造高溫超導體，”西蒙斯說。“人們只是不知道它的工作機制。
量子計算的另一個潛在應用是研究人工光合作用，以及光如何透過有機反應鏈轉化為化學能。
量子電腦可以幫助解決的另一個大問題是肥料的製造。 目前，在鐵催化劑存在下，三氮鍵在高溫高壓條件下斷裂，產生用於肥料的固定氮。
尋找一種可以更有效地製造肥料的不同催化劑可以節省大量資金和能源。
西蒙斯表示，在短短九年內從量子電晶體轉向電路的成就正在模仿經典電腦發明者設定的路線圖。
第一個經典電腦電晶體誕生於 1947 年。 西蒙斯的團隊提前兩年實現了這一飛躍。
本文發表於自然。
