物(wù)理(lǐ)學(xué)家已经迈出第一步，用(yòng)一种名為(wèi)光镊的激光设备捕获单个分(fēn)子，进而构建出量子计算机。12月7日，两个团队分(fēn)别在《科(kē)學(xué)》上报告了他(tā)们的研究结果，在这两种情况下，单氟化钙分(fēn)子对相互作用(yòng)并纠缠在一起——这是量子计算的一个关键效应。

　　“这两篇论文(wén)构成了一个‘里程碑式的成果’。”美國(guó)科(kē)罗拉多(duō)大學(xué)博尔德分(fēn)校物(wù)理(lǐ)學(xué)家Adam Kaufman说，“这為(wèi)利用(yòng)纠缠态扩大分(fēn)子镊子阵列的潜在应用(yòng)范围打开了大门。”

　　20世纪90年代末，量子计算基本原理(lǐ)的一些最初演示操纵了核磁共振机器内部溶液中的大量分(fēn)子。从那时起，研究人员开发了各种其他(tā)的量子计算平台，包括超导電(diàn)路和真空中的单个离子。而平台中的每一个物(wù)质单元都被当作量子信息或量子位的基本单元，量子位是经典计算机中比特的量子等价物(wù)。

　　在过去几年里，另一个强有(yǒu)力的竞争者出现了，其中的量子位是由中性原子而不是离子构成的，这些原子被高度聚焦的激光束“镊子”捕获。

　　现在，两个独立的团队在将这种方法用(yòng)于分(fēn)子而非原子方面取得了早期进展。其中一篇论文(wén)的合著者、美國(guó)普林斯顿大學(xué)物(wù)理(lǐ)學(xué)家Lawrence Cheuk说：“分(fēn)子更复杂，这意味着它们提供了编码量子信息的新(xīn)方法，也提供了相互作用(yòng)的新(xīn)方法。这為(wèi)处理(lǐ)量子信息提供了前所未有(yǒu)的方式。”

　　两项研究都使用(yòng)了光镊阵列，且每个镊子单元都捕获了一个分(fēn)子。通过激光技术，他(tā)们将分(fēn)子冷却到几十微开尔文(wén)的温度，仅比绝对零度高百万分(fēn)之一度。在这种状态下，分(fēn)子几乎是完全静止的。它们的自转可(kě)以停止，或者可(kě)以让它们只以一个量子的角动量旋转，这是它们可(kě)能(néng)拥有(yǒu)的最小(xiǎo)旋转频率。两个团队都使用(yòng)不旋转的分(fēn)子表示量子位的“0”状态，用(yòng)旋转分(fēn)子表示量子位的“1”状态。

　　单氟化钙是高度极性的——它的電(diàn)子携带的负電(diàn)荷聚集在氟原子上，使分(fēn)子的钙端带一个净正電(diàn)荷。研究人员可(kě)以通过“感觉”对方的正负极诱导两个单氟化钙分(fēn)子相互作用(yòng)。“分(fēn)子的偶极相互作用(yòng)给了我们一个额外的调节旋钮。”另一篇论文(wén)的合著者、美國(guó)哈佛大學(xué)物(wù)理(lǐ)學(xué)家John Doyle说。

　　通过这种方式，研究小(xiǎo)组能(néng)够证明分(fēn)子发生了相互纠缠，这意味着它们形成了一个集體(tǐ)量子系统。这是量子计算机运行算法所必需的。

　　研究人员表示，在大多(duō)数应用(yòng)中，分(fēn)子量子计算机将比使用(yòng)其他(tā)类型量子位的计算机慢。但分(fēn)子可(kě)能(néng)是一种自然环境，可(kě)以在其中使用(yòng)“量子力學(xué)”操纵量子信息。量子力學(xué)有(yǒu)3种可(kě)能(néng)的状态：-1、0和+1，可(kě)以提供一种对复杂材料或物(wù)理(lǐ)基本力进行量子模拟的方法。

　　Doyle补充说，这些进展还有(yǒu)助于利用(yòng)捕获的分(fēn)子进行高精度测量，从而揭示新(xīn)的基本粒子的存在。

　　英國(guó)杜伦大學(xué)物(wù)理(lǐ)學(xué)家Hannah Williams表示，这项工作凸显了这一领域惊人的发展速度。“这一成就表明，分(fēn)子将成為(wèi)一个能(néng)够进行量子模拟的竞争性平台。” （李木(mù子）