科学家制成“世界上最纯净的硅” 量子计算机真的要来了吗？

摘要：2024 年 5 月 7 日，英国曼彻斯特大学和澳大利亚墨尔本大学的研究人员在《自然·通讯材料》杂志上发表了一项突破性研究。他们利用聚焦离子束（FIB）技术制造出了一种高度富集 28Si 的“超纯硅”。这一发现为构建具有可扩展量子计算机的高性能量子比特设备提供了新的途径，从而为实现稳定的量子计算平台奠定了基础。 （来源:《自然?通讯材料》官网截图）尽管量子计算领域的研究成果往往晦涩难懂，但量子计算机和量子这个概念却在生活中频繁出现（比如名梗：遇事不决量子力学）。那么，量子计算究竟是什么？量子计算机真的可能实现吗？有没有可能用生活中的概念去尝试理解它们？为了让大家对量子计算有一个初步的了解，我们这里尽可能地以通俗化、具象化的语言来跟大家聊聊量子计算的那些三五事儿。量子计算（机）究竟是解决什么问题的？与经典计算不同，量子计算遵循量子力学规律，它是能突破经典算力瓶颈的新型计算模式。量子计算机以量子比特为基本运算单元，所谓的量子比特，是与经典比特作为区分。量子计算的发展历程（来源：国际商业机器公司 IBM）以上句子看起来很难理解，我们这里逐句拆解进行讲述。量子计算，看到对于这种冠有“量子”title 的名词，我们很难不将其与量子力学联系起来。自然而然，这种基于量子力学原理的计算方式与传统的经典计算有着本质的不同。具体来说，在经典计算中，信息是通过二进制数字（bits）来表示的，这种二进制数字或为 0 或为 1，类似一个只有开和关两个状态的“开关”。然而，量子计算打破了这一传统，信息是通过另一种方式即量子比特（qubits）来表示的，这种量子比特可以同时处于 0 和 1 的状态，也就是一种叠加态（这里可以参考薛定谔老先生那只既死又活的神奇猫咪）。除此之外，量子比特之间还可以存在某种特殊的关联，称为量子纠缠，这更类似一个可以处于多个状态的“开关旋钮”。经典信息（左）与量子信息（右）（来源：本源量子）凭借其独特的特性，量子计算机便能够利用量子比特进行计算，并且计算能力可以实现指数级爆炸式增长（这是因为 r 个量子比特可以承载 2r 个状态的叠加态，从而在每次计算中实现 2r 倍的计算量。相比之下，经典计算机需要 2r 个经典比特才能实现同样的算力）。因此量子比特在计算某些特定数学问题方面更胜一筹，这就意味着量子计算机可以纵横并重塑各个领域，突破目前阻碍任何涉及量子力学的极限。量子计算机是否可以实现？要想实现量子计算，目前主流的技术路线包括超导、离子阱、半导体、光学、量子拓扑等（其中，超导和离子阱的发展最为迅速）。目前来看，每种技术路线都有其优缺点，尚未有哪种路线能够完全满足实用化的要求。实现量子计算的主要技术路线（来源：《2023 全球量子计算产业发展展望》）量子计算机利用量子比代替传统计算机中的二进制比特，通过量子叠加和量子纠缠实现计算能力的飞跃。量子计算机的概念最早可以追溯到 20 世纪 80 年代，美国物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）提出了利用量子系统模拟其他量子系统的想法。1994 年，美国计算机科学家彼得·秀尔（Peter Shor）提出了一个量子算法，能够高效地分解大数，这一算法展示了量子计算机在解决特定问题上具有潜在优势。量子计算机的发展历程 （来源：日经中文网）进入 21 世纪以来，量子计算机的研制已成为全球科技前沿的重大挑战之一。国际商业机器公司（IBM）、谷歌（Google）、英特尔（Intel）等国际知名科技公司以及多所大学都在量子计算领域投入了大量资源。2019 年，美国谷歌公司研制出 53 个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现量子优越性，他们宣称实现了“量子霸权”（量子处理器在特定任务上的表现超过了当时最先进的经典超级计算机）。值得注意的是，中国在量子计算领域也取得了重大进展。2020 年，中国科学技术大学潘建伟院士团队构建了 76 个光子的量子计算原型机“九章”，使中国成为全球第二个实现量子优越性的国家。2021 年，潘建伟院士团队及合作者成功研制了 113 个光子的“九章二号”和 66 比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，使中国成为在光学和超导两条技术路线上都实现量子优越性的国家。2023 年，潘建伟院士团队及合作者又成功构建了 255 个光子的量子计算机原型机“九章三号”，在求解特定数学问题时，比目前全球最快的超级计算机快一亿亿倍，比“九章二号”速度提升了一百万倍。可以说，中国在量子计算领域已处于国际领先地位。“超纯硅”具体是怎么回事？硅是一种常见的半导体材料，广泛应用于现代电子技术中。硅基量子计算是量子计算领域的一个重要分支，它利用硅材料的特性来实现量子比特的存储和操作。具体来说，在硅基量子计算中，硅中的电子可以被限制在微小的区域内，形成所谓的量子点。这些量子点可以作为量子比特，用于存储和处理量子信息。硅基量子计算具有许多潜在的优势，包括与现有半导体工艺的兼容性（指的是其绝大多数工艺与传统的半导体工艺兼容，易于和半导体行业对接）、较长的相干时间（指的是量子比特保持其量子特性的时间）以及可扩展性（增加量子比特数目，以实现大规模量子计算），这使得它们更适合于量子计算。硅量子计算登上《自然》封面 。图片来源：《自然》杂志在经典计算抑或是量子计算，都需要具有规则晶体结构的高纯度硅，这是因为非晶硅充满悬空键、氧分子和其他杂质，导致其电性能不佳。然而，从自然界中直接提取的硅存在一个不可忽视的问题，即它包含三种稳定的同位素：硅-28（28Si）、硅-29（29Si）和硅-30（30Si）。其中，硅-29 约占硅的 4.68% ，其原子核携带非零核自旋，会通过偶极相互作用对用于编码量子比特的电子自旋造成干扰。而硅-30 仅占硅的 3.09% ，含量少且电子自旋与核自旋之间的相互作用较大。这使得只有硅-28 被认为是较为理想且纯净的量子计算材料。因此，尽可能减少硅-29 和硅-30 的影响是提升量子计算性能的关键。为了解决这一问题，研究团队利用聚焦离子束技术，从一种名叫 P-NAME 聚焦离子束系统中将一束聚焦且高速的纯硅-28 离子射向硅片，通过植入硅-28 来消耗自然硅中的硅-29 ，从而将硅-29 的比例从 4.68% 最高降至0.00023%（2.3ppm），将-30 的比例从3.09%最高降至0.00006%（0.6ppm）。随后，他们通过两步退火工艺，将植入后的非晶态重新结晶，恢复了硅片的晶体结构。该技术不仅能实现这种极端的硅-28 富集，还避免引入可能干扰量子比特的其他杂质。聚焦离子束同位素富集 Si-28 原理图（来源：《自然·通讯材料》杂志）为了验证植入效果，研究者们采用了纳米级二次离子质谱（NanoSIMS）分析（这是一种能够精确测量样品中不同同位素比例的技术）。通过分析发现，研究者们确认了植入区域中硅-29 的残留浓度显著降低，并且没有引入额外的杂质，如碳（C）和氧（O）等。此外，透射电子显微镜（TEM）分析进一步证实了植入体积的非晶态特性以及退火后的单晶相外延再结晶。这些结果表明，通过聚焦离子束技术可以在硅晶片中实现高纯度的硅-28 富集区域，为量子比特的稳定性提供了保障。这种技术制造的“超纯硅”有望在新材料设计、人工智能、能源存储以及物流制造等领域为整个社会带来革命性变革。该项目的联合导师、墨尔本大学的戴维-贾米森（David Jamieson）教授表示，他们下一步将证明该种材料能够同时维持许多量子比特的量子相干性。“悟源”系列超导量子计算机（来源：本源量子）这项杰出的工作不仅向人们展示了科学界在量子材料制备领域的进步，也为量子计算的实用化和规模化铺平了道路。随着量子技术的不断发展，我们有理由相信，量子计算机将在未来几十年内彻底改变我们的世界。参考文献[1]量子计算出处：百度百科、“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目[2]谷歌论文发布，称实现“量子霸权”！计算200秒相当于最强超算1万年出处：微信公众号FX168、和讯网[3]姚期智院士：神秘的量子计算跟经典计算到底有何不同出处：新浪科技《科学大家》栏目[4]中国科大实现“九章三号”光量子计算原型机出处：中国科学技术大学新闻网[5]硅量子计算机保真度获重大突破，达99%以上出处：澎湃新闻[6]Highly 28Si enriched silicon by localized focused ion beam implantation出处：《自然·通讯材料》官网 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435930.htm

生物学家将鲸鱼的击鳍频率与蚊子联系起来

摘要：丹麦罗斯基勒大学（Roskilde University）的研究人员开发出了一种通用方程，可以有效预测鸟类、昆虫、蝙蝠和鲸鱼的振翅和击鳍频率。这项突破性研究最近发表在《 PLOS ONE》杂志上 。飞行能力是在不同动物群体中独立进化而来的。生物学家推测，为了最大限度地减少飞行过程中的能量消耗，翅膀的自然共振频率应该决定翅膀的拍动频率。然而，事实证明很难找到一种通用的拍翼飞行数学描述。 在研究中，研究人员使用维度分析法计算出一个方程，这个方程可以描述飞鸟、昆虫和蝙蝠的振翅频率，以及企鹅和鲸鱼等潜水动物的击鳍频率。研究人员发现，飞行和潜水动物拍打翅膀或鳍的频率与其体重除以翅膀面积的平方根成正比。他们将该方程的预测结果与已公布的蜜蜂、飞蛾、蜻蜓、甲虫、蚊子、蝙蝠以及从蜂鸟到天鹅等各种鸟类的拍翅频率数据进行了对比，从而检验了该方程的准确性。各种飞行动物的拍翅频率数据与动物质量除以翅/鳍面积的平方根的对比。资料来源：Jensen 等人，2024 年，PLOS ONE，CC-BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)他们还将该方程的预测结果与企鹅和几种鲸类（包括座头鲸和北方瓶鼻鲸）的鳍冲频率的公开数据进行了比较。尽管飞行动物和潜水动物在体型、翅膀形状和进化历史上存在巨大差异，但它们的体重、翅膀面积和拍翅频率之间的关系几乎没有变化。此外，研究人员还展示了他们的方程式如何能让人们了解已灭绝物种的拍翅频率。利用他们的方程，研究人员估计已灭绝的翼龙 Quetzalcoatlus northropi（已知最大的飞行动物）以 0.7 赫兹的频率拍打其 10 米见方的翅膀。研究表明，尽管存在巨大的身体差异，但蝴蝶和蝙蝠等不同动物的身体质量、翅膀面积和拍翅频率之间的关系相对稳定。研究人员指出，对于游泳动物，他们没有找到包含所有必要信息的出版物；不同出版物中的数据被拼凑在一起进行比较，在某些情况下，动物密度是根据其他信息估算的。此外，极小的动物--比目前发现的任何动物都要小--很可能不符合等式，因为流体动力学的物理原理在如此小的尺度上也会发生变化。这可能会对未来的飞行纳米机器人产生影响。作者说，这个方程是最简单的数学解释，它准确地描述了整个动物王国的翅膀拍打和鳍的划动。作者补充说："从蓝鲸到蚊子，414 种动物的翼/鳍搏动频率几乎相差 10000 倍，但它们的数据却在同一条线上。作为物理学家，我们惊讶地发现，我们对翅膀跳动公式的简单预测竟然适用于如此多样的动物。"编译来源：ScitechDaily 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435931.htm

东风日产回应关闭常州工厂：只是暂停生产

摘要：近日有消息称日产汽车将关闭其在江苏常州与东风汽车合资的乘用车工厂。对此东风日产明确表示，该工厂并未关闭，目前只是暂停生产。东风日产还表示，常州工厂目前有300名员工，公司将为他们提供约600个岗位选择，包括在常州市或东风集团旗下企业的岗位机会，不愿意的可以协调解除劳动合同。 关于员工的赔偿方案，此前有消息称，预计赔偿方案将不低于“n+3”，部分员工甚至期望达到“n+6”或“n+7”。东风日产解释称，此次生产调整是基于公司整体战略和商业环境的变化，是为了优化和调整内部产能和资源，以更好地适应企业的转型发展。公司表示，在确保现有燃油车型产能的同时，将加大对新能源车型产线布局和投入，以满足市场需求。据内部人士透露，常州工厂之前是郑州日产的工厂，后来在2018年被东风日产接手，该工厂并非主力工厂，主要生产小部分逍客车型，而逍客的主力生产工厂位于大连。此外东风日产还强调，公司在华市场表现虽然有所承压，但正在加速智能化、电驱化转型，未来将以更加平衡的产品阵容，提供持续价值，满足用户需求。 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435929.htm

任正非最新露面 80岁依然精神矍铄

摘要：近日，华为在松山湖举办一年一度的华为开发者大会（HDC 2024）。华为创始人任正非现身华为园区，与一行众人亲切交流，参观华为开发者大会的现场。从曝光的视频和照片来看，任正非虽然身形清瘦了一些，但精神状态很好，不时与周围人谈笑风生。 任正非上一次公开露面是本月初到四川大学访问。据报道，6月5日，华为公司总裁、创始人任正非一行来校访问，校长汪劲松在望江校区黄大年茶思屋会见来宾。华为公司常务董事、终端BG董事长余承东，战略研究院院长周红，副校长刘超，双方相关单位负责同志参加会见。任正非称，华为虽然是一个科技公司，但基础研究仅仅在应用领域有一些探索，大量的预研究，特别是基础理论研究与全球几百所大学合作，作出一些尝试，努力克服自己的不足，追上时代的潮流。公开资料显示，任正非1944年10月25日出生于贵州省安顺市镇宁县，祖籍浙江省浦江县黄宅镇，毕业于重庆建筑工程学院。1987年，任正非凭借2.1万元启动资金创办华为公司。 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435928.htm

凯迪拉克总裁飞中国体验送外卖：助力小哥早日买傲歌

摘要：日前，一位外卖小哥用英文口播表达想买凯迪拉克傲歌的视频火了，引起网友热议。其用非常纯正流畅，甚至带点英国伯明翰口音的英文说道：“Congratulations on becoming a distinguished Cadillac owner. May the colorful holy shield illuminate your career and future.”（恭喜您成为尊贵的凯迪拉克车主，愿七彩圣盾照亮您的事业和前程。） 最后其指出距离自己购买凯迪拉克还差40万单，视频引起热议后，凯迪拉克副总裁Tim注意到了这位外卖小哥，并发视频为他鼓励加油。让人没想到的是，Tim不仅只是隔空回应，更身体力行和外卖小哥一同送了外卖，为其买车增砖添瓦。视频里，Tim戴着头盔坐在小哥电动自行车的后排，而后在小哥的指引下，爬了六层楼梯送去了一单外卖，虽然累坏了，但确实是不一样的体验，而后二人又送了很多趟外卖。最终Tim邀请小哥进入了他的座驾傲歌之中体验，剧情到这里，很多人以为要送车了，实际上并不是，Tim将小哥的原话送还：所有的伟大都源于一次勇敢的尝试。网友：凯迪拉克最近的网感确实挺不错，很会抓热点；挺好挺好，这事告诉我们，别天天想着当网红，钱是一分一分的赚的，不送车反而才是最正确的抉择。 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435927.htm

欧盟在违规调查中瞄准苹果核心技术费

摘要：欧盟宣布了一项初步调查结果，认定苹果公司违反了《数字市场法》，包括其限制竞争对手的方式和收费标准。2024 年 3 月，欧盟官员对苹果公司未能遵守《数字市场法》（DMA）的指控展开调查。到 6 月，反垄断执行官玛格丽特-维斯塔格（Margrethe Vestager）将欧盟对苹果的调查结果描述为"非常严重"，现在欧盟已正式告知苹果公司其关于如何在App Store 上限制竞争对手的初步结论。 维斯塔格在一份声明中说："今天对于有效执行 DMA 是非常重要的一天。我们的初步立场是，苹果不完全允许转向。转向是确保应用开发者减少对守门人应用商店依赖的关键，也是让消费者了解更好优惠的关键。"欧盟的初步报告称，虽然苹果公司目前向希望使用其他应用程序商店的开发商提供了不同的商业条款，但没有任何一套条款允许这些公司自由引导客户。苹果公司允许的任何引导都是通过应用程序中的链接进行的，而这种链接受到多重限制。虽然欧盟并不反对苹果公司因帮助开发者获得新客户而收取费用，但它认为目前的收费太过分了。具体来说，欧盟不同意苹果公司向开发者收取用户在点击应用中的链接后一周内每次应用内购买的费用。除了目前的违规指控外，欧盟委员会还告知苹果公司，它现在还将调查苹果公司为使用其系统而征收的核心技术费。苹果公司对第一百万次以后的每次应用程序安装收取约50欧分的费用，但也有例外。维斯塔格说："我们还对苹果公司所谓的核心技术费以及允许第三方应用商店和侧载的各种规则提起了诉讼。开发者社区和消费者都渴望为 App Store 提供替代品。"发送初步报告的目的是，苹果公司现在可以对调查结果提出异议。不过，如果欧盟委员会最终认定苹果败诉，那么欧盟委员会将"在 2024 年 3 月 25 日诉讼程序开始后的 12 个月内通过一项不合规决定"。因此，到 2025 年 3 月 25 日，欧盟可能会决定对苹果公司进行罚款。根据《反垄断法》的规定，该地区有权每天对苹果公司处以其全球平均收入一定比例的罚款，即每天 10 亿美元。在苹果准备为自己辩护的同时，欧盟将继续调查这些指控。不过，欧盟表示，它还将继续单独调查苹果公司允许应用程序进入其他应用程序商店的规则。在这一违规指控之前，欧盟曾对苹果公司处以约 20 亿美元的罚款，原因是苹果涉嫌偏袒自己的Apple Music而不是更成功的竞争对手 Spotify。据报道，在这一问题之后，欧盟正在调查这一罚款是否使苹果公司改变了任何做法。 原文：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435926.htm