欢迎您:登录 | 注册
科普之友首页
※您现在的位置: 科普之友 >> 科学技术 >> 物理科学 >> 正文  

找到快速操控单个电子新方法

来源:《科学》       更新时间:2010-5-14 0:17:51
 


  人们在设计和制造具有革命性的量子计算机的过程中,所遭遇到的最主要的障碍是如何寻找到合适的途径操控单个电子,因为构建量子计算机的处理部件或“量子比特”将是电子。日前,美国普林斯顿大学物理副教授杰森·培塔表示,他和加州大学圣巴巴拉分校的科学家通过研究寻找到了操控电子的方法。该方法能改变单个电子的特性,而同时又不干扰成万亿计的邻近电子。该研究成果为未来开发多种处理能力超强、运算速度超快的计算机奠定了基础。   培塔的研究小组将电压加载到微小电极上,从而开发出了将一个或两个电子俘获进显微栅栏(量子阱)中的新方法。在近期出版的《科学》杂志上,他们发表文章介绍了电子是如何被俘获到栅栏中形成“自旋量子比特”的。   在普通计算机中,其信息单元为比特,自旋量子比特则是量子计算的信息单元。为获得量子比特,过去的实验所采用的技术是将电子置于微波辐射的环境中,然而这种技术会导致所有的电子出现一致性,因而不能用来操控自旋量子比特中的单个电子。此外,该方法还存在着速度慢的缺陷。培塔的新方法不仅能够控制单个电子,而且速度非常快,只需十亿分之一秒。   培塔表示,如果能够获取小到像单个电子这样的物质并将其隔离起来不受外界影响,那么这个电子就具有量子力学的表现。人们要做到的就是让电子停留在被隔离的状态中并依照人们的愿望去行动。然而,被隔离电子的周围环境始终在干扰它,干扰过程会导致电子失去自己的量子力学性质。   在培塔的实验中,当电子进入量子状态时,这些电子具有相干性(或者一致性),遵从的规则完全不同于人们裸眼所见世界所遵循的规则。在量子物理王国中生存的时间不足1秒钟的电子遵守描述超小物质行为的独特的物理学定律。   培塔和其同行从事的领域为量子控制,他们的目标是要掌握如何在量子力学的作用下操控物质,只有操控物质才能了解物质特性,以便有能力发展量子计算机这类技术。量子计算机的设计将有效地利用这些物质的特性,以丰富它们在许多方面的应用。   除了带电外,电子还具有自旋的特性。在量子力学世界,物质能够表现出与常见特性完全不同的特性。获得1945年诺贝尔物理学奖的奥地利理论物理学家沃尔夫冈·泡利曾提出,处在量子状态的每个电子可假设呈“上旋”(spin-up)或“下旋”(spin-down)两种状态之一。这可以看做是一个微小条形磁铁的行为,“上旋”时对应于磁铁N极向上,“下旋”时对应于磁铁N极向下。   量子状态下的电子能够同时呈部分“上旋”和部分“下旋”状态或呈“上旋”和“下旋”之间的任意状态,量子力学这种特性被称为“态叠加”。一个基于电子自旋的量子比特具有近无限的潜能,这是因为它的状态既不是严格的“开”又不是严格的“关”。   培塔完成的新设计利用了电子自旋“态叠加”特性所提供的多种可能性,以便增强计算能力。在过去的10年里,理论学家和数学家寻找到了能够借用电子“态叠加”的运算方法,可以现代超级计算机不可企及的速度进行复杂运算。   简而言之,培塔的研究工作极大地利用了电子自旋特性。德国康斯坦茨大学理论物理学家吉多·巴卡德表示,在利用电子自旋量子比特研发量子计算机的过程中,核自旋是典型的令人生厌的事情。培塔和其同事展示了利用核自旋来完成快速量子操作的新方法,对于固体量子计算机而言,他们的研究结果是一个巨大的进步。   培塔将自己获得的自旋量子比特视为未来量子逻辑元件的核心。实验中,自旋量子比特被冷却至接近绝对零度,并俘获在高纯度

[1] [2] 下一页

  • 上一篇科学技术:

  • 下一篇科学技术:

  • 科学家绘出苹果基因组草图

    研究表明贪睡婴儿易长高

    十亿像素摄影时代或将到来

    科学家发明复合纳米材料合成新方

    首个珊瑚基因组测序完成

    研究报告全球首例自发恶性变颅咽

    纳米尺度石墨烯晶体管可自制冷

    大象大脑皮层含有较多细胞类型

    新法实现表面粘附行为可逆调控

    研究找到微纳多级结构超疏水颗粒

    科学家开发寻找碳捕获材料新法

    黑洞完全演化所需时间或可得证
    物理科学
    自然地理
    普通自然地理[自然生物]摄影师捕捉人与动物接吻镜头(组
    普通自然地理[自然生物]懦弱美洲狮被牧羊犬吓跑 逃到树
    普通自然地理[今日地理]微距拍摄臭虫:唾液中含麻醉剂
    普通自然地理[自然生物]新技术变地沟油为生物柴油 效率
    宇宙奥秘
    [航空航天]中国火星探测器变轨失败 仍有3
    [航空航天]一周精彩太空照:壮观太阳等离
    [航空航天]俄太空专家希望以天窗洞穴作为
    [航空航天]月球正在以微小速度收缩?
    未解之谜
    [未解之谜新闻]瑞士喷气人借助飞行翼8分钟飞越
    [麦田怪圈]海梅Maussan视频
    [UFO飞碟]科学家发现第四颗超级地球 或适
    [麦田怪圈]麦田怪圈破解?视频
    生命科学
    [生物*医学]手机保健见成效 血糖超过警戒会
    [生物*医学]美科学家利用“基因工程”研发
    [生物*医学]新生哺乳动物心脏受损后能自我
    [生物*医学]男性绝育术VS女性绝育术:老公
    动物世界
    [动物世界]澳大利亚猫咪独行3000公里 穿越
    [动物趣味知识]肉牛养殖前景好吗? 
    [动物世界]肯尼亚丛林拍到新种象鼩(图)
    [动物趣味知识]家里出现蛇。 
    科普文章
    [物理科学]电子与碳纳米管间存在内在自旋
    [物理资讯]为什么“三九”天气最冷
    [科学考古]济南发掘出土完整明代郡王府遗
    [力学]机械能守恒,动量守恒,动能定理
    [物理实验研究]多用电表的使用
    [力学]哥白尼的天文学革命及其历史意
    设为首页 | 加入收藏 | 联系我们 | 友情链接 | 使用本站前必读
    Copyright © 2007 - 2011 科普之友( www.kepu365.com ) Corporation, All Rights Reserved