用光束重写量子芯片：超高速计算临近

量子计算机是我们长期寻求的一种高性能计算机，它的计算速度比现有计算机快很多倍。在一种用光束制造可擦写的电脑芯片的技术帮助下，超高速的量子计算向实用化又迈进了一步。来自纽约城市大学（The City College of New York ，CCNY）和加州大学伯克利分校（UCB）的研究人员通过光束来控制原子核的自旋，实现了信息的编码。这项技术可能为量子计算铺平道路。这个小组在今年6月26日发表的《自然通信》（Nature Communications）上公布了他们的实验结果。这项研究由美国国家科学基金会支持。

现有的电子元件在处理速度上正在接近它们的上限。人们通过在半导体上蚀刻图形来为这些电子元件生产芯片或者集成电路。这些相互连接的图形充当了在电路中传递信息的高速公路，但是传统的电路有一个缺陷。“一旦芯片被印刷出来，它的功能就固定了。”UCB的化学和生物工程博士杰弗里·雷蒙（Jeffrey Reimer）博士解释到，他也是这项研究的合作者。

这个团队包括CCNY的物理教授卡洛斯·梅里雷斯（Carlos Meriles ）和UCB的博士研究生乔纳森·金（ Jonathan King）以及CCNY的李云普（Yunpu Li）。他们见证了在自旋电子学和量子计算这两个新兴学科中针对传统电路这些问题而寻求到的补救措施。

他们开发了一项使用激光来让原子内部的“自旋”按模式对齐的技术，利用这项技术，他们可以飞速地改写“自旋”的对齐模式。可能在未来的某一天，从这项技术会产生可擦写的自旋电子电路。

数字电路和常规的计算程序依靠的是把电荷信息转化成只含0和1的二进制编码。而在另一方面，一个“自旋电子”计算机应用的是电子自旋的量子属性，这让电子能够存储0到1之间的任意数字。我们可以把电子想象成一个“阴阳”图，“阴阳”图的暗区和亮区的比例代表着0倒1的任意取值。这意味着我们将能够进行并行计算，它能够扩大我们的处理能力。

然而，由于电子的自旋状态转换得太快，人们在尝试利用电子进行量子计算的道路上从来都是障碍重重。因为，他们用一个极不稳定的载体来运载信息。为了抑制电子快速转换的随机性，UCB和CCNY的研究人员们用激光来产生长效的核自旋“磁体”，这个“磁体”可以用来推，拉或者稳定电子的自旋。

砷化镓是在我们手机芯片中使用的一种半导体。研究人员用一种特定模式的光照射一份砷化镓样本，这和我们把物理图形光刻到传统的集成电路上很像。被照射的样本使所有原子核的自旋对齐，从而它们的电子会立即形成一个自旋电子电路。

“你将拥有一个只用光束就可实现飞速擦除和重写的芯片。”梅里雷斯教授说到。改变光照模式就能迅速地改变电路的布局。

“如果你能够用一束光重写并且改变这个电路图形，你就能够制造不同的电路以适应不同的需求。”他补充道。“设想一下，还有什么系统能满足你各种各样的需求！”