IBM量子计算研究突破控制单个原子

IBM 通过展示一种控制单个原子的量子行为的方法，在量子计算方面取得了突破。这一发现展示了量子计算的新构建块。该团队展示了使用单个原子作为量子信息处理的量子位。

一个或多个量子位是量子计算机处理信息能力的基本模块。IBM 的突破标志着首次使用扫描隧道显微镜 (STM) 实现了单原子量子位。STM 可以对每个原子量子位进行成像和定位，以精确控制附近量子位原子的排列。

STM 的工作原理是扫描表面附近的超锋利针尖以感应单个原子的排列，并且针尖可以将原子拉入或携带到所需的排列中。计算机中信息的基本单位是一个值为“0”或“1”的位。

一个量子位可以同时为“0”或“1”，称为叠加态。状态是量子力学的基本特征。IBM 使用称为“自旋”的钛原子的量子特性来表示一个量子位。自旋特性使每个钛原子具有磁性，因此它的行为就像一个微小的罗盘针。

每个钛原子都有一个南北磁极，两个磁取向定义了量子位的“0”或“1”。IBM 将钛原子放置在选定的超薄氧化镁表面上，以保护其磁性并展示量子特性。然后，科学家们将高频无线电波、微波应用于原子。微波来自显微镜的尖端，并允许团队控制原子的方向。

当调谐到正确的频率时，钛原子会进行“量子舞”，它的磁北极会旋转并以所需的方向结束。舞蹈，或 Rabi 振荡，非常快，需要 20 纳秒才能让量子位来回转动。根据应用无线电波的时间长短，原子以二进制“0”或“1”结尾。

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