量子计算新突破，比现有最强芯片运算快100万倍，材料采用硒化钨

当前的运作电脑和电子产品是基于运动和能量状态的电子，每秒运算速度约10亿次。通常，这些器件施加电压的速率取决于晶体管的数量，开关越小，时钟频率越高，计算系统的性能越高。但是您知道吗，未来量子计算能将现有的极限速度再提升100万倍，达到每秒运算1000万亿次。

这并非吹牛或臆想。近日，一个由美国和德国联合组成国际物理学家团队提出了一种全新量子计算方法——光波计算，这一种新的概念有望更快地控制电子的运动，从而再次突破摩尔定律，最最最重要的是，研究人员认为这技术将使量子计算普及的可能性比以往更大。

在研究过程中，科学家展示了红外激光脉冲如何能够在薄片半导体中将电子在两种不同状态（典型的1和0）之间转换。光波计算的技术将使他们能够控制流过常规晶体管网络的电流，速度提高一百万倍。当然，研究取得突破的重点是他们采用蜂窝状晶格中的单层钨和硒合成的材料，也就是单层纳米二硒化钨（二硒化钨纳米片）。

二硒化钨的主要结构是由上下各一层硒原子连接中间一层钨原子所组成，邻近的两个WSe2层间作用力为弱的范德华力，这种材料和单层二硫化钨一样被广泛关注和研究（石墨烯因为是零带隙材料，几乎没有可能完成这种应用）。在光波计算过程中，纳米二硒化钨结构会产生一对称为赝自旋的电子态。就像量子电动力学中的自旋量子数 (上和下) 一样，这不是电子的自旋（即使这样，物理学家也警告说电子实际上不是在旋转），它是一种角动量，这两个赝自旋可以编码1和0。

钨硒晶格周围只有两条轨道供受激发电子进入。用同一方向红外线照射晶格，电子就会跳到第一条轨道上。用不同方向红外线照射它，电子就会跳到另一条轨道上。理论上，一台计算机可以将这些轨道视为1和0。当轨道1上有一个电子时，那就是1。当它在轨道0上时，那就是0。

利用快速的红外光脉冲将电子引入这些状态，仅持续几飞秒（千分之一秒）。初始脉冲具有自己的自旋，称为圆极化，将电子发送到一个赝自旋状态。然后，没有自旋（线性极化）的光脉冲可以将电子从一个赝自旋推向另一个 - 然后再返回。

通过将这些状态视为普通的1和0，就有可能创造一种新型的“光波”计算机，因为电子在轨道上停留的时间不长，但一旦它们进入轨道，额外的光脉冲就会让它们在两条轨道之间来回撞击，然后才有机会回到不激发状态。研究者们指出，使用纳米硒化钨材料，这种1-0-1-0来回的碰撞比当前芯片要快得多，它的速度至少是现有最强处理芯片时钟速度的百万倍。

此外，电子也可以在两个赝自旋之间形成叠加态。对于一系列脉冲，应该可以进行计算，直到电子脱离其相干态。该团队表明他们可以快速翻转一个量子位以执行一系列操作 - 基本上，这个速度足以在量子处理器中工作。

量子计算的下一步将是同时获得两个量子比特，彼此接近以至于彼此交互。例如，这可能涉及堆叠平坦的半导体片或者使用纳米结构技术来隔离单个片内的量子位。

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