新型超纯硅芯片为强大量子计算机打开道路

澳大利亚墨尔本大学和曼彻斯特大学的研究人员发明了一种制造超纯硅的突破性技术，为强大的量子计算机打开了新的道路。他们表示，这一新技术使得工程师能够使用超纯硅材料进行规模化和高精度的量子计算机制造，从而克服了量子计算中关键的障碍。

该项创新发表在《自然》期刊下属的《材料通讯》上，使用了磷原子的量子位（qubit）植入到纯稳定硅晶体中，以扩展量子计算中脆弱的量子相干时间，从而实现了强大的量子相干性。这种方法能够使量子计算机在几小时或几分钟内解决一些传统计算机甚至超级计算机需要几个世纪的问题。

目前的量子位（qubit）设备对环境的微小变化非常敏感，例如温度波动。即使在接近绝对零度的冰箱中操作，当前的量子计算机也只能保持错误自由的相干性仅有极短暂的时间。超纯硅可以构建高性能的量子位设备，这是迈向可扩展量子计算机的关键步骤。

硅芯片量子计算的巨大优势在于它使用了与今天的计算机芯片相同的基本技术，并且可以使用电子芯片来创建硅基量子设备的量子位。此外，超纯硅的突破纯度还可以解决制约高质量硅量子位产生的问题。这一技术可以为可靠的量子计算机铺平道路，从而在人工智能、安全数据和通信、疫苗和药物设计以及能源利用等方面实现社会的重大改变。

此前的研究显示，澳大利亚墨尔本大学在使用较少纯度的硅时创下了单量子位相干时间的世界纪录。他们成功地将硅-28取代了芯片中的硅-29，将硅-29含量从4.5%降低到了百万分之二。这一技术使得他们能够在普通的半导体制造实验室中使用离子注入器来制造极度纯净的硅-28。

最终，研究得到了澳大利亚和英国政府的研究资助，该项目合作受到皇家学会沃尔夫森访问奖的支持。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的一份2020年报告估计，到2040年，澳大利亚的量子计算有望创造10000个就业岗位和250亿美元的年收入。

这一研究使人们更加接近实现量子计算的潜力。