科學家發現 鉍元素是實現量子電腦的關鍵

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英國的倫敦大學學院(University College London，UCL)與位於美國佛羅里達州的國家高磁場實驗室(National High Magnetic Field Lab，NHMFL)，合作開發出一種能在矽晶片中更有效率地將量子資訊(quantum information)編碼的方法。磷(phosphorus)一直是傳統 IC製程中做為摻雜物融入矽材料中的元素，鉍(bismuth)雖然也能與矽相容，但到目前為止卻一直被忽視；不過UCL與NHMFL的研究人員發現，鉍在對量子態進行編碼時的表現比磷還要好。
鉍是最重的穩定原子，並有相當大的核子自旋(nuclear spin)──其量子自旋就像是小小的羅盤針，會相應不同程度的傾斜，呈現出十種狀態中的一種，而不是像磷核子那樣只有兩種方向。這種特性讓鉍核子比磷原子能儲存更多的量子資訊，因為量子態空間(quantum state space)現在是十度空間(ten dimensional)而非二度空間。
以上的觀察引出了一個可在矽中結合鉍與磷原子的「夢幻組合」構想──因為它們是不同的元素，所以能單獨被運用；在鉍儲存量子資訊的同時，磷則能提供存取控制與資訊流。「需克服的實驗性障礙，包括在矽晶片中使用鉍來做為量子資訊的準備、控制與儲存。」為上述研究論文主筆、來自UCL倫敦奈米科技中心(LCN)的Gavin Morley解釋。
Morley接著指出，在這個案例中的原則是越大越好，因為較大的鉍原子核能提供更多空間來儲存量子資訊。論文的共同作者，同一研究單位的Marshall Stoneham補充：「如果能用以上概念打造出一部量子電腦，就能解決一些長久以來被認為的問題。」
Stoneham表示，使用一種原子在矽晶片中儲存量子資訊，再用另一種原子來進行控制，就像是在一場單人獨白中加入另一個人與之對話，會有趣得多。NHMFL總監Greg Boebinger則表示：「這個結果對於採用矽晶片來進行量子科技研究，是很大的鼓舞。」
(參考原文： Research improves silicon for quantum computing，by Julien Happich, EE Times Europe)