突破性单电子“泵”使高性能量子计算更进一步

《纳米快报》（Nano Letters）日前发布的一篇论文称，澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）领导的包括英国剑桥大学（University of Cambridge）、芬兰阿尔托大学（Aalto University）和澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）等在内的国际团队研发了一种突破性单电子“泵”，该电子泵每秒可以产生10亿个电子，并通过量子力学对其进行控制。电子泵的精确性较高，研究人员可以利用它测试当前电子设备的局限性，这为人类未来的量子信息处理（如网络安全、信息加密和大数据分析等）铺平了道路。

“这意味着我们向着可靠的高性能量子计算更进了一步。”项目负责人、论文作者、阿德莱德大学光子学和高级传感研究所（Institute for Photonics and Advanced Sensing）高级研究员朱塞佩•C•泰塔兹曼（Giuseppe C. Tettamanzi）博士说。

泰塔兹曼等的论文还对一种新的电子行为进行了报道——这是量子计算领域的一个重要发现。泰塔兹曼说：“量子计算（或量子信息处理）为经典计算系统无法处理的问题提供了解决方案。传统计算是将数据处理为一系列0和1进行运算，而在量子计算中，0到1之间的每个数值都是可用的，因此我们可以成倍增加可同时进行的运算量。”

鉴于此，阿德莱德大学等对量子科学的一个新兴领域（电子量子光学）进行了研究。该领域涉及对单电子的可控制备、控制和测量。尽管全球已有大量科学家致力于电子量子传输研究，但仍有很多谜题亟待解开。

泰塔兹曼说：“在纳米系统中实现对电子的完全控制将使可伸缩量子计算机的发展获益匪浅。诚然，在发现电的150多年来，我们一直控制着电子。但在纳米级别，经典物理定律可能不再适用。我们的最终目标是提供一种具有可靠性、连续性和一致性的电子流。当前的研究成果使我们向前迈出了重要一步。同样令人兴奋的是，我们观察到了一种新的量子效应——即在特定频率下，不同状态为捕获同一电子而相互竞争。这一发现对量子科学研究的发展也将产生积极作用。”

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 编译：雷鑫宇 审稿： 阿淼 编辑：程建兰 

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