在新南威尔士大学悉尼分校的实验室里，量子工程师们揭开了一项革命性的成果——在硅芯片中制造出了人造原子，这一创新为量子计算机的稳定性提供了前所未有的保障。在最新一期《自然通讯》上，这些研究人员详细阐述了他们如何在硅的“量子点”中打造出这种人造原子，这些微小的空间在量子电路中扮演着关键角色，其中电子成为了量子信息的基本单位——量子比特。

安德鲁·祖拉克教授指出，与真实原子不同，人造原子摒弃了原子核，但电子壳依旧环绕着设备的中心旋转。虽然用电子构造人造原子的概念早已在20世纪30年代被提出，并在90年代得到了实验验证，但新南威尔士大学的研究团队却首次在硅中实现了这一构想，并早在2013年就推出了初步版本。

令人兴奋的是，新研究中的人造原子不仅稳定性极佳，而且拥有更多的电子，这使得它们比先前设想的更为强大。这种稳定性对于量子计算机的计算至关重要，因为基于单一电子的量子比特可能会极其不稳定。研究团队将不同类型的人造原子比作量子比特的“周期表”，这一比喻巧妙地呼应了2019年的国际周期表年，也揭示了人造原子在量子世界中的独特地位。

在实验中，Dzurak教授的团队在硅中配置了一个量子设备，通过精确控制金属表面的“栅”电极向硅施加电压，从而吸引硅中的多余电子形成量子点。这些量子点直径仅为10纳米左右，是真正意义上的微观世界。当电压逐渐增加时，新的电子一个接一个地被吸收进量子点，形成一个人造原子。

研究人员发现，这些人造原子中的电子并不像真实原子那样围绕原子核形成三维轨道，而是扁平地排列在一个圆盘中。他们特别关注当额外的电子开始填充新外壳时的情况，因为这将决定这些电子是否能用作稳定的量子比特。

在经典计算机中，信息以0或1的形式存储于比特中；而在量子计算机中，量子比特可以同时存储0和1的值。这种特性使量子计算机能够并行处理信息，从而极大地提高了数据处理能力。新研究中，研究团队利用电子的自旋来编码量子比特的值。当电子形成完整的壳层时，它们的自旋方向相互抵消，导致总自旋为零；但当有新的电子加入开始新的壳层时，这个额外的电子就拥有了一个自旋方向，从而可以被用作量子比特。

硅作为制造量子计算机的理想材料，其优势在于稳定性和可扩展性。通过使用硅CMOS技术，研究团队可以大大缩短量子计算机的开发时间，并有望在未来实现数百万个量子比特的大规模集成。这不仅将推动量子计算机在药物设计和能源利用等领域的应用，还将为人类探索微观世界提供强大的工具。

展望未来，该小组计划进一步探索如何将化学键规则应用于这些新的人造原子，以创造出更为复杂的“人造分子”，从而推动量子计算领域迈向新的高度。