24比特超導量子計算機能做什麼?我們熟悉的化學元素周期表按照原子核外電子數排列，氫有1個電子，氦有2個，锂有3個……随着電子越來越多，它們會組成不同級别的軌道，稱為“殼層”，下面我們就來說一說關于24比特超導量子計算機能做什麼?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

24比特超導量子計算機能做什麼

我們熟悉的化學元素周期表按照原子核外電子數排列，氫有1個電子，氦有2個，锂有3個……随着電子越來越多，它們會組成不同級别的軌道，稱為“殼層”。

澳大利亞新南威爾士大學教授安德魯•德祖拉克（Andrew Dzurak）團隊自2013年起就在矽材料中制造沒有原子核的“人造原子”，電子們在一個平面上圍繞圓心旋轉。他們發現，随着電子數的增加，這些人造原子的電子也會組成不同級别的殼層，表現出特定的規律。

該團隊2月11日發表在英國《自然-通訊》雜志（Nature Communications）上的一篇論文稱，人造原子的電子數越多，就能成為越穩定的“量子比特”，這意味着，它們有潛力用于量子計算機。

“這很重要，基于一個電子的量子比特非常脆弱。” 德祖拉克說道。

（小标題）人造原子

把電子人工組裝成原子的想法并不新鮮，相關理論最早在1930年代就提出了，随後在1990年得到實驗證明。

這類人造原子還有個更時髦的名字，叫做“量子點”。我們可以理解為，把半導體材料上的電子在三維方向上的運動都限制在很小的尺寸内，形成一個狹窄的電子“監牢”，近似為一個點。可以想象，由于能更精确地控制尺寸，量子點材料就能傳輸更細緻的光譜，因而成為顯示器領域的熱點概念。

德祖拉克團隊運用金屬表面的門電極向矽施加電壓，從矽中吸引出空餘的電子，形成一個直徑隻有10納米的量子點空間。

通過緩慢地增加電壓，電子一個一個地被吸納進量子點空間，組成了一個人造原子。

門電極和矽被一道氧化矽材料的絕緣屏障隔斷。在自然界的原子中，原子核帶正電荷，帶負電荷的電子圍繞它旋轉，形成球形的三維軌道。而在人造原子中，由于正電荷來自于門電極，電子們就會懸浮在絕緣屏障下，圍繞中心旋轉，形成了一個圓盤平面。

（小标題）量子比特

該研究團隊最感興趣的是最外殼層上隻有一個電子的人造原子，相當于自然界中的氫、锂、鉀等元素。

研究人員表示，如果在量子點中制造出“人造氫原子”、“人造锂原子”、“人造鈉原子”時，最外殼層上的孤電子就能拿來做量子比特。

經典計算機用晶體管存儲一“位”信息，晶體管的開關狀态分别表示0和1，而在量子計算機上，得益于疊加态，一個量子比特上能同時存儲0和1。

這種疊加的0和1可以用電子的自旋方向來編碼，就像一塊磁鐵指向南極或北極。

德祖拉克解釋道，不管在自然原子還是人造原子中，如果電子填滿了每一殼層，那整個原子的總自旋就會被相互抵消掉。但如果最外層有個孤電子，人們就可以控制它的自旋，實現量子計算。

2015年，德祖拉克團隊在世界上首次用基于矽材料的兩個量子比特，制作了一個可以計算的量子邏輯門。

不過，大規模的量子計算機比這複雜得多。下一步，該團隊計劃研究這些人造原子之間的化學鍵怎麼組成“人造分子”，沒準能實現多量子比特計算的邏輯門。

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