首个原子级量子集成电路诞生，解开费曼63年前提出的难题

当地时间6月23日，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。

在扫描隧道显微镜下的SQC原子级量子集成电路图像，图片来自论文

前述集成电路作为模拟量子处理器运行。2012年，SQC公司曾宣布制造出世界上第一个单原子晶体管，并提出在10年以后实现原子级量子集成电路的目标。

1959年，著名理论物理学家理查德·费曼提出了一个难题：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。

63年后的今天，由新南威尔士大学教授、SQC创始人Michelle Simmons带领的团队证实了费曼的猜想，并解开了这一难题，利用硅中的原子组成，构建了世界上首个原子级量子集成电路。

Michelle Simmons，图片来自SQC

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。

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。相关成果论文6月22日发表在《自然》(Nature)。

聚乙炔结构图

“这是一项重大突破，”SQC创始人Michelle Simmons表示，“由于原子之间可能存在大量相互作用，如今的经典计算机难以模拟相对较小的分子。SQC原子级电路技术的发展将使公司及客户能够为一系列新材料构建量子模型，包括药物、电池材料和催化剂。不久之后，我们就可以开始实现之前没有的新材料。”

为了制造原子级量子集成电路，SQC必须在一个设备中集成多个原子组件。“设备的高精度证实了SQC专注于质量而非数量的技术策略。”Simmons说，“我们创造了一种极其精密的制造技术，打开了一个全新的世界。这是迈向商用量子计算机的一大步。”

SQC董事长Stephen Menzies表示公司的工程师们目前正在扩展前述技术，以解决更多与工业相关的分子研究问题。