曼徹斯特大學和墨爾本大學的研究人員開發出了一種超純硅，這對于創建可擴展的量子計算機至關重要，量子計算機有潛力解決全球性挑戰，如氣候變化和醫療保健問題。
一個立方毫米的大腦組織聽起來可能不算多，但如果考慮到這個微小的立方體包含了57,000個細胞、230毫米的血管和1.5億個突觸，總計達到了1400TB的數據量，那麽曼徹斯特大學和谷歌研究人員剛剛完成的工作就顯得非常巨大了。
曼徹斯特大學的研究團隊與谷歌研究科學家合作，利用先進的人工智能算法，結合電子顯微鏡成像技術，創建了迄今爲止最大的突觸分辨率、3D重建的人類大腦片段。這一成果可能定義並推動量子計算的未來。
量子計算機的發展面臨的最大挑戰之一是量子比特（qubits）——量子計算的構建模塊——非常敏感，需要一個穩定的環境來維持它們所持有的信息。即使是微小的環境變化，包括溫度波動，也可能導致計算機錯誤。另一個問題是它們的規模，包括它們的物理尺寸和處理能力。科學家認爲，一個完全運行的量子計算機需要大約一百萬個量子比特，這提供了任何經典計算機都無法實現的能力。
硅是經典計算的基礎材料，因爲它的半導體特性，研究人員相信它可能是可擴展量子計算機的答案。科學家們在過去60年中學習如何工程化硅，使其發揮最大能力，但在量子計算中，它面臨著挑戰。天然硅由三種不同質量的原子（稱爲同位素）組成——硅28、硅29和硅30。然而，占硅約5%的硅29會引起“核翻轉”效應，導致量子比特丟失信息。
在曼徹斯特大學的一次突破中，科學家們找到了一種工程化硅的方法，去除了硅29和硅30原子，使其成爲制造量子計算機的理想材料，具有高准確性。這一結果——世界上純度最高的硅——爲創建一百萬個量子比特提供了一條路徑，這些量子比特可能被制造到大頭針的尺寸。
項目聯合主管、墨爾本大學的David Jamieson教授表示：“我們的技術爲可靠的量子計算機鋪平了道路，這些計算機承諾在社會各個領域帶來變革，包括人工智能、安全數據和通信、疫苗和藥物設計，以及能源使用、物流和制造。”
“現在我們能夠生産純度極高的硅28，我們的下一步將是展示我們能夠同時維持多個量子比特的量子相幹性。一個只有30個量子比特的可靠量子計算機將超過今天超級計算機的某些應用的功率。”
這項研究不僅展示了超純硅在量子計算中的應用潛力，而且強調了材料科學在推動量子技術發展中的重要性。那麽，您如何看待這種超純硅在量子計算機發展中的作用？您認爲它將如何改變我們的計算能力和解決複雜問題的方式？歡迎在評論區分享您的想法，與我們共同探討量子計算的未來。
參考資料：DOI： 10.1038/s43246-024-00498-0
