量子计算机核心元件终于面世！它将帮助量子计算机“瘦身”

大家还记得量子计算机吧。回忆一下这个概念，量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

在这个科技爆炸性发展的时代，量子计算机领域自然是不甘落后的。就在上个月，IBM 宣布成功研制 50 量子位原型机。现在，人类不仅可以通过多种方式制造量子位，还能越发熟练地将很多量子位串在一起。但是一直以来，令科学家头疼的是，怎么将量子位的尺寸缩小到一定程度，让成千上万的量子位挤入一个足够小的空间。

就在去年，三位英国物理学家发现了一个奥秘，他们还因此获得了诺贝尔物理学奖。他们发现在某些材料保持内部绝缘的特定情况下，电子竟然可以轻易地沿着材料的表面传导，并且这种材料可以在各态之间转换而不破坏其“对称性”的性质，就像水原子重新排列形成冰或水蒸气一样。

2016诺贝尔物理学奖得主，从左至右依次为戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹、迈克尔·科斯特利茨

有人可能会感到疑惑，这跟量子计算机有啥关系。关系可大了，在量子计算领域，电子元器件越压缩越小，到了近乎原子尺度，此时，研究电子在不同维度上移动的方式就变得尤为重要。

正因如此，三位科学家的理论便有了用武之地，通过他们的理论可以制成拓扑绝缘体（一种内部绝缘，界面允许电荷移动的材料），从而将电子元件缩小到一定的尺寸。这样的话量子计算机尺寸将会变小，但是性能却会提高。

悉尼大学物理学家 David Reilly 说：“即使我们今天能制造出数以百万计的量子位，我们也不清楚是否能操控它们。要想成功操控规模越来越大的量子位，就需要发明新的器件和技术”。而这种新器件就是循环器，它就像电信号的回旋交叉路，能确保信息头只在一个方向上。

最近，悉尼大学和微软的一个联合研究小组在与美国斯坦福大学的合作中，利用拓扑绝缘体，成功地将一个循环器缩小到了原先的 1,000 分之一，压缩之后的循环器可以放在手掌里。

这无疑是一个重大突破，使用这种方法就可以把更多的量子位压缩进足够小的空间。科学家还发现，由特定的拓扑绝缘体制成的磁化晶片也可以进行压缩，压缩后只有现有元件的千分之一倍大小。

本研究主要作者，博士候选人Alice Mahoney，于悉尼纳米科学中心量子科学实验室

科学技术的发展过程充满了偶然和未知，量子计算机领域也在大踏步前进。有国内科学家预测，我国将在未来 10 年内建成一个天地一体化的量子通信网络，形成下一代的量子互联网，用来保障国家安全和个人支付安全；2030 年前，量子计算机也将投入实际应用，解决许多具有重大经济和社会价值的问题。

来源：TechPunk