澳大利亚科学家创造了世界上第一个电路——包含经典计算机芯片上的所有基本组件，但在量子尺度上。
这一具有里程碑意义的发现，发表于自然今天，已经酝酿了九年。
“这是我职业生涯中最激动人心的发现，”高级作家、量子物理学家、Silicon 创始人米歇尔·西蒙斯 (Michelle Simmons)新南威尔士大学量子计算和通信技术卓越中心主任告诉 ScienceAlert。
西蒙斯和她的团队不仅创造了本质上具有功能性的量子处理器，还通过对每个原子具有多个量子态的小分子进行建模，成功地对其进行了测试——这是传统计算机难以实现的。
这表明我们现在离最终利用量子处理能力来更多地了解我们周围的世界（即使是在最小的尺度上）又近了一步。
“在 20 世纪 50 年代，理查德·费曼西蒙斯告诉 ScienceAlert，我们永远无法理解世界是如何运作的，自然是如何运作的，除非我们能够真正开始以同样的规模进行生产。
“如果我们能够开始理解那个水平的材料，我们就可以设计出以前从未制造过的东西。
“问题是：你如何在那个层面上真正控制自然？”
这项最新发明是继该团队于 2012 年创造出有史以来第一个量子晶体管之后的最新发明。
（一个晶体管是一种控制电子信号的小型设备，仅构成计算机电路的一部分。集成电路更加复杂，因为它将许多晶体管组合在一起。）
为了实现量子计算的这一飞跃，研究人员在超高真空中使用扫描隧道显微镜以亚纳米精度放置量子点。
每个量子点的位置必须恰到好处，这样电路才能模拟电子如何沿着聚乙炔分子中的一串单键和双键碳跳跃。
最棘手的部分是弄清楚：每个量子点中到底应该有多少个磷原子；每个点的确切距离应该是多少；然后设计一台机器，可以将微小的点以正确的方式放置在硅芯片内。
研究人员表示，如果量子点太大，两个点之间的相互作用就会变得“太大而无法独立控制它们”。
如果点太小，就会引入随机性，因为每个额外的磷原子都会显着改变向点添加另一个电子所需的能量。
最终的量子芯片包含 10 个量子点，每个量子点都由少量磷原子组成。
通过在量子点之间放置比单碳键更小的距离来模拟双碳键。
选择聚乙炔是因为它是一种众所周知的模型，因此可以用来证明计算机正确地模拟了电子通过分子的运动。
之所以需要，是因为经典计算机无法模拟大分子；它们太复杂了。
例如，要创建具有 41 个原子的青霉素分子的模拟，经典计算机需要 10 个原子86晶体管，即“晶体管数量比可观测宇宙中的原子数量还要多”。
对于量子计算机来说，它只需要一个处理器第286章量子位（量子位）。
由于科学家目前对分子在原子尺度上如何发挥作用的了解有限，因此在创建新材料时需要进行大量猜测。
“圣杯之一一直是制造高温，”西蒙斯说。“人们只是不知道它的工作机制。”
量子计算的另一个潜在应用是研究人工光合作用，以及光如何通过有机反应链转化为化学能。
量子计算机可以帮助解决的另一个大问题是肥料的制造。目前，在铁催化剂存在下，三氮键在高温高压条件下断裂，产生用于肥料的固定氮。
寻找一种可以更有效地制造肥料的不同催化剂可以节省大量资金和能源。
西蒙斯表示，在短短九年内从量子晶体管转向电路的成就正在模仿经典计算机发明者设定的路线图。
第一个经典计算机晶体管诞生于 1947 年。第一个集成电路诞生于 1958 年。这两项发明相隔 11 年；西蒙斯的团队提前两年实现了这一飞跃。
本文发表于自然。
