那么量子打算机离我们还有多远呢？从当前硬件、算法和打算机架构上来说，量子打算机还不是很成熟。在 20 多年前，澳大利亚的量子打算机专家 Bruce Kane 在《自然》上揭橥了名为“A silicon-based nuclear spin quantum computer”论述了搭建硅基量子打算机的问题，并指出之中的关键是要将量子比特放置在间距 10—20nm 时所能够实现的一种两比特门。众所周知，我们的电脑是由很多具有特定功能的繁芜电路组成，个中就有很多逻辑门电路。这些逻辑门电路及其有序组合便是电脑中形形色色的功能的根本，进而造诣了人类数字社会的本日，而逻辑门操作的稳定性和开关特性决定了电脑的很多关键性能，例如打算速率等。
这种分外的两比特门就像是我们通向通用硅基单原子量子打算机的末了一道门一样，来自南方科技大学的贺煜副研究员大概便是开启这扇通向单原子级别硅基量子打算大门的开门人。他和团队成员一起，利用高精度微纳加工办法，将两个磷原子构成的量子点分别放置在相距 13nm（也便是130Å）的位置上，实现了第一个适用于量子打算机的高速两比特门。
图 | 《麻省理工科技评论》中国区“35 岁以下科技创新 35 人”榜单入选者贺煜
贺煜现在是南方科技大学量子科学与工程研究院的副研究员、独立 PI、硅量子器件和量子打算方向团队带头人。多年来，他在量子打算和量子网络方面取得了系列首创性成果，利用前沿量子技能操纵单个原子、电子和光子，在微不雅观天下构建未来信息技能。
打破关键量子门，推进量子打算机构建从硬件的角度来说，如果能基于硅制作量子打算机无疑是最方便的，由于从材料上来说，硅在地球上的含量是十分富余的。再者，如今的半导体工艺大都基于硅材料，那么与传统半导体工艺的兼容性也能使得量子打算机的构建变得更加方便。
在 2019 年，贺煜带领团队证明了硅基磷原子体系第一个两比特门，是知足通用量子打算判据的末了一条，也正是 Bruce Kane 提出的量子打算方案中关键的一环。来自南方科技大学的俞大鹏院士以此推举贺煜博士入选“35 岁以下科技创新 35 人”榜单，并表示：“这个事情为大规模量子打算芯片奠定了坚实根本，是一个里程碑式的事情。”该成果以封面文章揭橥在《自然》上，贺煜为第一作者，且该事情被列为“2019 年量子打算实验十大进展”。
图 | 贺煜揭橥在《自然》的论文
贺煜创造性地采取扫描隧道显微镜技能（STM）实现纳米尺度芯片加工，成功地以单原子级别的精度将两个磷原子构成的量子点放置在 13 纳米间距上，在硅基量子芯片上实现了第一个高速两比特门——800 皮秒的根号交流门，并实现了利用全统计计数方法比拟特读出保真度的优化、参与构建比特读出保真度剖析的理论事情等。
这是一种高精度的微纳加工办法，可用于制备单原子、单电子量子器件以及人工量子材料，并能够实现单原子尺度的量子打算，为大规模可扩展的硅基量子打算奠定了坚实根本。
师从潘建伟院士和陆朝阳教授多年来，贺煜在量子打算和量子网络方面取得了系列首创性成果，用前沿量子技能操纵单个原子、电子和光子，在微不雅观天下构建未来量子信息技能平台。回顾他的求学之路，用“根正苗红”来形容再得当不过。
自本科起，贺煜就在中科大这片量子的土壤中发展，并以精良的成绩保送本校硕博连读。期间在导师潘建伟院士和陆朝阳教授的辅导下，贺煜紧张研究砷化镓自组装量子点，核心成果包括一系列单光子源方面首创性事情，以及首次不雅观察到自发辐射谱线擦除效应——实现量子光学的实验打破，以及单光子向单电子自旋的量子传态等。
谈及选择量子技能作为研究方向的缘故原由，他见告 DeepTech：“之以是一贯选择量子物理、量子打算的方向，首先是兴趣爱好，是自己对付微不雅观天下的好奇心和对量子天下的喜好所驱动，其次是由于量子打算是一个将改变人类未来的前沿科技，尤其是硅量子打算芯片具有很大的家当潜力，希望通过自己的耕耘为社会贡献一份力量，为科学发展做一份努力。”
图 | 贺煜揭橥在《自然-光子学》的论文
2015 年往后，贺煜连续在陆朝阳教授团队做了半年的博后研究，结合博士期间的事情，实现了当时天下最高光子数玻色抽样——证明了量子打算机对付第一台电子管打算机 ENIAC 的超越和第一台晶体管打算机 TRADIC 的超越，研究成果以论文形式揭橥于 2017 年的《自然-光子学》上，并入选“2017 年中国十大科技进展新闻”。
论文指出，为完成高性能玻色抽样实验，研究团队战胜的技能难点有两个：一是基于砷化镓量子点，研究团队设计了稳定的高亮度单光子源；二是设计并利用了性能卓越的多光子干涉仪（multiphoton interferometers），其传输效率高达 99%。研究团队完成并实现了 3 光子、4 光子以及 5 光子玻色抽样实验，采样率分别为 4.96kHz、151Hz 和 4Hz，都达到之前实验的 24000 倍以上。
图 | 贺煜团队开拓的高性能玻色抽样实验平台
这是一项十分惊人的打破，是首次量子打算机超越传统打算机的案例。火车刚刚涌现时比马车还慢，飞机刚刚问世时只能在空中短暂勾留，如今都是改变生活的主要科技成果。量子打算机从理论上来说，会比传统打算机快很多，是基于量子比特运行的打算机。通过量子物理学中的两个奇异的事理——“纠缠（entanglement）”和“叠加（superposition）”，量子打算性能以指数形式扩展打算机的处理速率。
着眼未来，布局固态量子网络从根本上来说，量子打算机目前仍处在家当发展的初期阶段，但军工、金融、石油化工、材料科学、生物医疗、航空航天、汽车交通等行业都已把稳到其巨大的发展潜力。随着韶光的推移，估量 2050 年旁边将达到每年 3000 亿美元的业务收入，将成为改变天下的下一代技能革命关键领域之一。
回顾打算机的发展历史，天下上的第一台打算机是 ENIAC，它生于第二次天下大战，紧张任务是打算弹道，是一台军用打算机。而打算机的全面遍及实在与商业打算机的涌现和网络的构建息息相关。那么量子打算机会不会也沿着这一条“老路”发展呢？这也是一个值得思考的问题。贺煜认为，量子打算机要走向运用，量子网络和通信是十分关键的技能，必须做以打破。
如今他任教于南方科技大学，除了量子打算之外，紧张研究方向还有量子网络。2017 年，他和团队实现了单光子到单电子的量子传态，开拓了一整套全新的单光子频率比特掌握和丈量方案，验证了单个光子和电子之间的纠缠，并且把光子的量子信息通报到 5 米远的电子自旋上去，为固态量子网络研究的主冲要破。
图 | 贺煜及研究团队完成的“单光子-单电子”量子传态
而谈及接下来的研究方向，贺煜表示：“根据硅量子打算的发展趋势，在南方科技大学量子科学与工程研究院，我将带领硅量子打算团队，研究硅基量子打算芯片和量子打算，从根本问题入手，办理目前的一些技能瓶颈：进行硅基单原子量子器件的基本物理研究；研究新型的硅基原子比特和研究比特耦合技能；利用低温扫描隧道显微镜直写技能构建新型芯片等。并将研发的新工艺和半导体芯片家当化进行对接，为将来的广阔商业前景奠定根本。”
