摘要：新南威尔士大学的研究人员日前宣告了一项重大突破，他们成功地使原子核通过电子进行相互通信。这一发现为可扩展的基于硅的量子计算机的构建铺平了道路，可能在未来重新定义计算技术的背后原理。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250920214318.htm

新南威尔士大学的研究人员日前宣告了一项重大突破，他们成功地使原子核通过电子进行相互通信。这一发现为可扩展的基于硅的量子计算机的构建铺平了道路，可能在未来重新定义计算技术的背后原理。

量子纠缠的新可能性

研究团队通过操控两个原子核的自旋创造了“量子纠缠态”，使其成为量子计算机能够利用的关键资源。这项成果于9月18日发表在《科学》杂志上，被视为实现大规模量子计算机的重要一步。主导研究的Holly Stemp博士指出，这一进展使得使用现有技术和制造工艺构建量子计算所需的微芯片成为可能。

艺术家对两个核自旋的印象，通过电子施加的几何门远程纠缠在一起。图片来源：Tony Melov / 新南威尔士大学悉尼分校

“我们成功地使最干净、最孤立的量子物体在与现有制造标准相同的规模上彼此通信，”她表示。这一成果的核心在于将量子信息编码在植入硅芯片中的磷原子的核自旋上。

量子计算中的噪声与干扰问题

量子计算的主要挑战之一是如何在保护计算元件免受外部干扰和噪声影响的同时使其能够交互。由于市场对量子计算机的需求持续上升，研究人员们一直在探索不同类型的硬件组合，以寻找最优解。

新南威尔士大学的研究团队发掘了一个极具前景的平台，尽管隔离原子核以减少外部噪声的同时，如何使它们实现有效连接，依然是一个难题。研究人员早在过去的15年里就致力于克服这一技术障碍，并在量子信息保存和逻辑运算的准确性方面取得显著进展。

如何实现原子核通讯

研究人员指出，原本处于“隔音室”状态的原子核，如今拥有了“通信电话”，可以通过电子实现信息交流。由于电子在空间中扩散的能力，使得它们可以在较远的距离内与多个原子核相互作用。Stemp博士解释道，尽管电子的扩散有限，但通过适当的耦合，每个核都能通过共用的电子进行有效通信。

在他们的实验中，原子核之间的距离仅为20纳米，理智上可与人类头发直径相当。今天创造的技术适应了这种尺度，使得在硅芯片上有可能实现数十亿个原子核的量子计算。

未来的可扩展性

尽管这项研究显示出令人鼓舞的实验结果，研究人员认为，这一方法与现有所有计算机芯片的构建方式基本兼容。研究小组利用日本庆应义塾大学提供的超纯硅板引入磷原子，使得这一固态设备的构建具备了可能性。

“我们的研究方法十分稳健且具有可扩展性。目前我们仅使用了两个电子，未来可以增加更多电子并调整它们的形状，以实现更广泛的原子核交互，”Andrea Morello教授表示。这为构建大规模量子计算机提供了基础，甚至可以根据需求快速调整核的排列。

新南威尔士大学的这一研究成果为量子计算的发展打开了一扇窗，无疑将促进这一领域的持续进步。随着技术的快速发展，量子计算机的实践应用越来越接近现实。未来，如何更好地利用这些技术以推动计算能力的提升将成为科学家们亟待解决的问题。而这一突破无疑为今后的研究和开发铺垫了重要的理论基础。

来源：人工智能学家