量子計算新秀─碳化矽
- 上線日期：2011/12/12 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家最近發現，碳化矽(SiC)除了是高功率電子線路中廣泛使用的材料，在量子資訊處理方面也頗富潛力，原因是它跟鑽石系統類似，所具有的缺陷的自旋態可以經由光加以同調操控，因此被看好是量子位元(qbit)的新選擇。
傳統電腦是以邏輯態0或1來儲存及處理位元資訊，量子電腦則利用粒子可以同時處於多個態疊加成的量子態，在執行某些任務(如解密碼)時，處理速度會隨量子位元的數目呈指數增加，因此理論上效率會遠高於傳統電腦。不過量子態既難操控又容易被破壞，因此物理學家一直在尋找適合做為量子位元的系統。
近來以鑽石為基礎的量子位元系統備受矚目，原因是它們的去同調(decoherence)時間遠超過執行運算操作所需的時間，而且能透過光學方式讀取，因此有可能與光電量子資訊處理系統整合，不過如何降低其成本與擴大規模仍是兩個待解的難題。
最近加州大學聖塔芭芭拉分校的David Awschalom等人發現碳化矽缺陷構成的量子位元或許是另一種選擇。碳化矽由於導熱與導電性均佳，因此已為高功率電子系統廣泛採用，如今又有上述做為量子位元的優點，或許比鑽石更容易擴大規模。
聖塔芭芭拉團隊研究的是名為4H-SiC的碳化矽結構，它的晶格中有雙空位(divacnacy)形成的天然缺陷，類似鑽石中的氮空位中心(nitrogen-vacancy centres)，這兩種缺陷都是多電子系統，外加磁場可使其自旋角動量呈平行(對應「1」)或反平行(對應「0」)排列，因此可做為量子位元之用。
Awschalom等人利用光激發光(photoluminescence)來測量4H-SiC雙空位的自旋，他們以雷射光照射樣品，然後偵測樣品發出之螢光，由於發出之螢光與缺隙所處的自旋態有關，因此可藉此「讀取」量子位元的狀態。研究人員接著為樣品施加微波頻率的振盪磁場，使缺陷的自旋在兩個量子態之間產生共振，藉此將資訊「寫入」量子位元。
由與以上實驗是對許多碳化矽缺陷同時進行，因此如何只對單一量子位元操作，以及如何針對數千個碳化矽缺陷各別定址及操作，仍是有待解決的挑戰。詳見Nature 479, pp.84-87 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47719
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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