Only Perception: 量子運算新材料：藍色染料銅酞菁（CuPc）

2013-10-29

量子運算新材料：藍色染料銅酞菁（CuPc）

New material for quantum computing discovered out of the blue
http://phys.org/news/2013-10-material-quantum-blue.html

2013.10.27

根據今日發表在 Nature 期刊的一篇論文，5 英鎊紙鈔所用的一種常見藍色色素，在量子電腦的開發上可能扮演一種重要的角色。

這種顏料 -- 銅酞菁（copper phthalocyanine，CuPc）-- 那與葉綠素分子中光收成（light harvesting）的部份相似，是一種低成本的有機半導體，在許多家用品中都可以看見。令人好奇的是，它能被處理成一種薄膜，那很容易就能用於裝置製造上，與其它先前被研究過的類似材料相較，那是一大優勢。

現在，來自 UCL London 奈米技術中心以及 British Columbia 大學的研究者證明：CuPc 的電子維持在（量子）「疊加（superposition）」狀態 -- 一種固有地量子效應，在此電子同時存在於二種狀態下 -- 的時間超級無敵長，這表示，這種簡單的染料分子有潛力成為一種為量子技術所用的介質。

量子運算的發展需要精確控制每一個微小的「qubits（量子位元）」，古典二進位制中「位元（bits）」（0 與 1，那維持著今日所有計算與通訊技術）的量子類比物。「qubits」與古典位元不同之處，是它們存在於疊加態中的能力。

這種疊加態的衰變時間告訴我們一種 qubit 候選者在量子技術中的用處有多大。若時間夠長，量子資料儲存、操作與傳輸將成為可能。

第一作者，來自 London 奈米技術中心的 Marc Warner 表示："理論上，一部量子電腦能輕易解決一般古典電腦，在宇宙有生之年的時間內，所無法解決的問題。我們只是不知道該如何打造這樣一部電腦。"

"我們的研究證明，一種常見的藍色染料，在量子運算的運用潛力上，比許多先前已考慮過的、更加特異的分子要來得多。"

CuPc 擁有許多其他能屬性，那能利用「電子自旋」而非電子電荷來儲存與處理資訊，而那在一個更普適的量子技術中更加合用。例如，這種顏料能強烈吸收可見光而且能輕易地以化學方式或物理方式進行修改，所以其磁性以及電氣特性能夠受到控制。

Dr Warner 補充："銅酞菁的特性使其受到量子工程（quantum engineering）之新興領域的關注，那試圖要利用物質的量子特性來完成資訊處理或是以前所未有的效率進行感知這類任務。"

※ 相關報導：

＊ Potential for spin-based information processing in a thin-film molecular semiconductor
http://dx.doi.org/10.1038/nature12597

Marc Warner, Salahud Din, Igor S. Tupitsyn, Gavin W. Morley,
A. Marshall Stoneham, Jules A. Gardener, Zhenlin Wu,
Andrew J. Fisher, Sandrine Heutz, Christopher W. M. Kay,
Gabriel Aeppli.
Nature (2013)
doi: 10.1038/nature12597