新南威爾士大學實現以四種不同方式將數據寫入單個原子

根據最新研究，如果在單個原子上使用四種不同的方法存儲數據，就能在給定空間內塞進更多的量子處理能力。這種方法可以解鎖更強大、更容易控制的量子計算機。

傳統計算機能以 0 或 1 的形式處理和存儲信息，而量子計算機則能以 0 或 1 的形式處理和存儲信息，並同時處理和存儲兩者的疊加。隨着量子比特（量子比特）的增加，量子計算機的處理能力將呈指數級增長，從而使它們能夠解決對普通計算機來說過於複雜的問題。

問題是，操縱這些量子比特可能很棘手，尤其是當量子計算機開始使用越來越多的量子比特時。但現在，悉尼新南威爾士大學（UNSW）的科學家們展示瞭如何根據每次的需要，以四種不同的方式將數據寫入量子比特（這裡指的是單個原子）。

這種原子是一種叫做銻的元素，它可以被植入硅芯片中，取代其中的一個硅原子。之所以選擇這種重原子，是因爲它的原子核已經包含了八個獨立的量子態，可以用來編碼量子數據。此外，它的電子本身也有兩個量子態，這就使銻原子中的量子態總數增加了一倍，達到了 16 個（原來的 8 個量子態中的每一個，都與電子的兩個量子態依次配對）。如果使用其他材料來製造一臺具有 16 種狀態的量子計算機，則需要四個耦合在一起的量子比特。

不過，這項研究的真正突破在於研究小組如何利用四種不同的方法來操縱原子上的數據。通過振盪磁場可以控制電子。磁共振方法，如核磁共振成像儀中使用的方法，可以操縱原子核的自旋。電場也可以用來控制原子核。最後，一種被稱爲"翻轉位"的技術可以在電場的幫助下控制原子核和電子。

研究小組表示，這項研究將有助於使量子計算機變得更"密集"，在更小的空間中容納更多的量子比特。

這項研究的第一作者安德烈亞-莫雷羅教授說："我們正在投資一項更難、更慢的技術，但原因非常好，其中之一就是它能夠處理的信息密度極高。在1平方毫米內有 2500 萬個原子是很好的，但必須一個接一個地控制它們。我們可以靈活地利用磁場、電場或它們的任何組合來控制原子，這將爲我們在擴大系統規模時提供很多選擇。"

下一步，研究小組計劃利用這些原子對邏輯量子比特進行編碼，最終爲更實用的量子計算機鋪平道路。

這項研究發表在《自然通訊》雜誌上。