普林斯顿大学 量子计算机的核心是存储和操纵信息的量子位
《科学》杂志上的一篇新论文呼吁材料专家为制造量子位贡献新的想法，量子位有几种形式
显示了五种不同的量子位类型
从左上方顺时针方向:超导量子位、硅量子点、钻石色中心、俘获离子和拓扑保护系统
信用:白汉熙，IBM 一项新的研究概述了制造量子计算机的硬件对材料进步的需求，如果这些未来的设备要超越我们今天使用的计算机的能力
这项研究由一个国际团队发表在《科学》杂志上，调查了量子计算硬件的研究现状，旨在说明科学家和工程师面临的挑战和机遇
传统计算机将信息的“比特”编码为1和0，而量子计算机通过创建“量子位”轻松通过这种二进制排列，量子位可以是复杂的连续量
以这种奇特的形式存储和处理信息——最终达到“量子优势”，量子计算机可以做传统计算机不能做的事情——需要对底层材料进行复杂的控制
“在过去的20年里，量子技术的发展突飞猛进，”普林斯顿大学电子和计算机工程助理教授、该论文的主要作者娜塔莉·德·莱昂说，“目前在从计算和模拟到网络和传感的各种任务中展示量子优势的努力达到了高潮
" 德莱昂说，直到最近，这项工作的大部分目标是证明量子器件和处理器的原理，但现在该领域已准备好应对现实世界的挑战
“就像经典计算硬件在上个世纪成为材料科学和工程的一个巨大领域一样，我认为量子技术领域现在已经成熟，可以采用一种新的方法，让材料科学家、化学家、设备工程师和其他科学家和工程师能够富有成效地将他们的专业知识应用到这个问题上
" 该论文呼吁研究材料的科学家转向开发量子计算硬件的挑战，通讯作者、IBM Quantum研究人员白汉熙说
“近年来，量子计算技术在研究和工业方面的进步都在加速，”白先生说
“为了在未来十年继续前进，我们将需要量子计算硬件的材料和制造技术的进步——就像经典计算在微处理器规模上的进步一样
突破不是一蹴而就的，我们希望材料界有更多的人开始研究量子计算技术
我们写这篇论文是为了给材料社区一个全面的概述，让他们了解我们在量子计算领域的材料发展情况，以及该领域的专家意见
" 量子计算机的核心是量子位，它们一起工作产生结果
这些量子位可以用各种方法制造，领先的技术是超导量子位、用光俘获离子制造的量子位、用当今计算机中发现的硅材料制造的量子位、在高纯度钻石的“色心”中捕获的量子位，以及用外来亚原子粒子表示的拓扑保护量子位
本文分析了与这些材料相关的主要技术挑战，并提出了解决这些问题的策略
研究人员希望这些平台中的一个或多个最终会发展到量子计算可以解决当今科学家认为不可能解决的问题的阶段，例如模拟分子行为和提供安全的电子加密
“我认为(这篇论文)是第一次组装出这种全面的图片
德莱昂说:“我们优先考虑‘展示我们的工作’，并解释每个硬件平台所接受的智慧背后的原因。”
“我们希望这种方法将使新进入该领域的人能够找到做出巨大贡献的方法
" 这十位合著者来自世界各地的研究机构以及IBM T
J
沃森研究中心，它有一个主要的量子计算研究小组
科学家们在一个由IBM Quantum和Kavli基金会赞助的量子计算材料研讨会上相遇，该研讨会在2019年材料研究学会秋季会议上举行
然后他们在去年大流行期间花了很多时间呆在家里写这篇综述
“与一个拥有如此多样专业知识的团队合作是一种很好的体验，我们的很多活动都涉及到互相问一些棘手的问题，比如为什么我们相信我们在各自的材料平台上所做的事情，”德莱昂说，他的研究利用了钻石材料中的缺陷，使未来量子互联网中的节点之间能够进行通信
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