據(jù)發(fā)表在《自然》雜志上的論文，澳大利亞新南威爾士大學(xué)量子計算機(jī)物理學(xué)家團(tuán)隊設(shè)計了一個原子尺度的量子處理器，能夠模擬小有機(jī)分子的行為，攻克了大約60年前理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼提出的挑戰(zhàn)。該校初創(chuàng)企業(yè)“硅量子計算”公司(SQC)6月23日宣布創(chuàng)造出世界上第一個原子級量子集成電路。

據(jù)SQC官網(wǎng)介紹，該團(tuán)隊2012年宣布制造出世界上第一個單原子晶體管，并提出到2023年實(shí)現(xiàn)原子級量子集成電路。現(xiàn)在，該目標(biāo)提前實(shí)現(xiàn)了。

在制造出用作模擬量子處理器的原子級集成電路后，SQC團(tuán)隊用這種量子處理器精確地模擬了一個小的有機(jī)聚乙炔分子的量子態(tài)，從而證明了他們的量子系統(tǒng)建模技術(shù)的有效性。通過精確控制原子的量子態(tài)，新處理器可模擬分子的結(jié)構(gòu)和特性，有望幫助科學(xué)家“解鎖”未來的全新材料和催化劑。

在論文中，研究人員描述了他們是如何模擬有機(jī)化合物聚乙炔的結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)的。聚乙炔是一種由碳和氫原子組成的重復(fù)鏈，其中碳碳之間單雙鍵交替。研究團(tuán)隊構(gòu)建了一個由10個量子點(diǎn)鏈組成的量子集成電路，以模擬聚乙炔鏈中原子的精確位置，其中有6個金屬門控制電子在電路中的流動。

首席研究員、SQC創(chuàng)始人米歇爾·西蒙斯稱，選擇10個原子的碳鏈并非偶然，因?yàn)樗诮?jīng)典計算機(jī)能夠計算的大小限制之內(nèi)，該系統(tǒng)中電子的獨(dú)立相互作用多達(dá)1024個。若增加到20點(diǎn)鏈，則可能的相互作用的數(shù)量呈指數(shù)級增加，這將使經(jīng)典計算機(jī)難以求解。

“在20世紀(jì)50年代，費(fèi)曼提出，除非你能以相同的尺度構(gòu)建物質(zhì)，否則你無法理解大自然是如何運(yùn)作的。”西蒙斯說，“這就是我們在做的事情，我們實(shí)際上是在自下而上構(gòu)建它，通過將原子放入硅中來模擬聚乙炔分子，其精確的距離表示碳碳單鍵和碳碳雙鍵。”

西蒙斯認(rèn)為，這是一個重大突破。由于原子之間可能存在大量的相互作用，今天的經(jīng)典計算機(jī)難以模擬相對較小的分子。SQC原子級電路技術(shù)的開發(fā)將使該公司及其客戶能夠?yàn)橐幌盗行虏牧蠘?gòu)建量子模型，無論這些新材料是藥品、電池材料還是催化劑。(張佳欣)