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德媒:钻石就是这样变成电脑的

2023-01-20探索发现网

参考消息网1月20日报道 据德国《世界报》1月3日报道,闪亮的钻石让许多人着迷。人人都渴望在戒指、项链或吊坠上拥有切割得闪闪发亮的钻石。而且由于钻石价值不菲,它们也代表着财富和奢华,这是其他宝石无法比拟的。常言道,钻石象征永恒的爱。

钻石在科学和工业中的应用就没这么浪漫了。钻石也被研究人员用来做实验。因为它们在很多方面具有独一无二的特性。例如,钻石不导电,但有很好的导热性。其他矿物的导热性都不如钻石。如果研究人员要研究材料样本在高压下的状态,就会将它们放在钻石制成的模具间挤压。

雷根斯堡大学固体物理学教授、德国物理学会当选主席克劳斯·里希特指出:“科学家们对这种非凡的材料很感兴趣。钻石甚至有望在未来彻底改变信息技术。”它们将成为量子计算机的核心。而量子计算机完全不同的运行模式将使解决世界上最大的超级计算机所不能完成的任务成为可能。 广东汽车网

德国航空航天中心(DLR)量子计算项目的负责人罗伯特·阿克斯曼也相信这一点。作为一名研究人员,他对将钻石用于量子计算机非常着迷。“建造量子计算机有若干种技术方案,”这位44岁的工程师说,“但只有钻石能使它们在室温下稳定运行。”

量子计算机的工作方式很复杂。它们的非凡性能基于量子力学状态的相互作用——即量子粒子,如离子,能够呈现的不同状态,并相互作用。

传统计算机使用比特进行计算,而量子计算机则使用所谓的量子比特,它不仅可以是0和1的状态,还可以将这些状态叠加。研究人员希望从这项技术中取得轰动性成果。以前的计算机要花几年时间才能解决一个问题,而量子计算机几秒钟就能找到答案。

有了这种近乎神奇的能力,量子计算机就能够准确无误地找到新药,优化交通流和运输路线,使医院的资源利用更加有效,以及做到更多的事情。

量子计算机不只是更好和更快。它是一场技术革命,是游戏规则的改变者。但在这一目标实现之前,仍有一系列挑战需要克服。其中之一就是工作温度。在量子计算机中代表量子比特的物体——例如放置在离子阱中的离子——极其敏感,即便是热运动也会对它们造成干扰。

温度越低,气体中的分子或固体中的原子运动就越慢。为了让量子计算机正常运行,需要让量子比特仿佛被冻结一样,这样它们才能稳定地保持在一个地方。在实践中,这意味着要将温度降至接近零下273摄氏度的绝对零度。 港澳台新闻网

另一方面,钻石的状态非常稳定,即使在室温下,嵌入其晶格中的量子比特也能保持彼此之间的相对位置。这开辟了全新的应用可能性:与其他量子计算机不同,由钻石制成的量子计算机甚至可以在移动中运行。

钻石还有另一个超凡之处:折射率在所有透明材料中最强。光线进入抛光的钻石后会在内表面上反复反射,直到以一定角度重新射出。

钻石的折射率是2.4,而普通玻璃的折射率只有1.5左右,这就是为什么用玻璃制成的仿制钻石永远不可能有真钻石的火彩。

对用于量子计算机的钻石而言,纯度要求并不高。里希特说:“目前研究的重点是向钻石中掺入杂质。”为了将钻石用于量子计算机,需要故意打乱完美的晶体结构。

阿克斯曼解释道:“人们将氮原子射入钻石,它们会被卡在晶格中,并在那里形成色心。”晶格中的这些干扰会改变钻石的光学特性,使其发出红色微光。但关键是,每个色心都有一个磁矩,可以作为一个量子比特。

里希特说:“钻石中的这些量子比特通过纠缠机制进行耦合。”可以把它看作一张无形的网,量子比特通过这张网相互作用。

位于莱比锡的SaxonQ和XeedQ两家公司从DLR获得了5700万欧元经费,用于未来4年的量子计算机项目研究。阿克斯曼表示:“目标是开发一台至少有32个量子比特的钻石量子计算机。” 港澳新闻网

他对在可预见的未来实现这一目标持乐观态度:“我们会在2026年之前做到。”