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就像不安分的幼儿园小朋友在拍集体照一样，半导体中的电子自旋（可以向上或向下）很难长时间保持朝向同一方向。用物理学的语言来说，它们具有很短的相干时间。但是，由于电子自旋为量子比特（物理状态，可以存储比传统计算机比特多得多的信息）提供了最有希望的模型之一，科学家们一直在寻找解决相干性问题的方法。他们希望能够找到一种方法来使电子自旋对齐的时间稍长一些，从而有足够的时间来实际对它们进行计算。但是在今天出版的《科学》杂志上，来自加州大学圣塔芭芭拉分校和宾夕法尼亚州立大学的研究人员提出了一种替代延长相干性的方法，即加速量子计算。
加州大学圣塔芭芭拉分校的David Awschalom和他在宾夕法尼亚州立大学的长期合作者Nitin Samarth设计了一种新技术，用于在超快时间尺度内操纵电子自旋。科学家们使用持续仅10到13飞秒的激光脉冲，能够“倾斜”或旋转一组对齐电子的自旋轴。超快激光脉冲比用于调整电子自旋的其他方法快约10万倍，并且远低于约一微秒或更短的相干极限。“这些旋转是通过有效的磁场实现的，当特定能量的强光与半导体中的电子自旋相互作用时，就会产生这种磁场，”Awschalom解释说。“尽管目前的旋转程度大约是执行完整操作所需程度的一半，但仍有许多途径可以进一步优化。”
为了使实验成为可能，宾夕法尼亚州立大学的研究小组首先需要设计一种定制的半导体。“开发量子计算机的目标为将前沿材料合成与复杂的物理测量相结合提供了令人兴奋的机会，”Samarth说。“为这项实验定制材料是一项真正的挑战。在这种情况下，我们必须满足实验测量的物理学和技术施加的若干限制。由于分子束外延（MBE）允许我们充当原子级架构师，因此我们通过一次构建一个原子层的‘数字’量子结构，满足了测量所需的严格条件。”