近日，澳大利亚物理学家宣布了在量子计算领域的新进展，使基于硅的磷原子可扩展量子计算从原理上得到实现，是构建原子级量子计算机的重要里程碑。量子计算机是利用量子相干叠加原理进行高速运算、存储和处理信息，具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。它将信息存储在量子比特中。量子比特门是量子计算机的逻辑门。西蒙斯团队使用扫描隧道显微镜，在天然硅材料里放置两个磷原子。
这一纳米级别精度的操作，让磷原子形成势阱囚禁电子，通过控制电子的相互作用创建了首个硅基磷原子的两比特量子门。这个两比特量子门能在0.8纳秒内完成运算操作，比目前其他基于硅的两比特量子门操作快200倍。这项研究的论文于近期发表在《自然》杂志上。
这项里程碑式的成果满足了该体系量子计算的五大判决要求（Di Vincenzo's criteria）的最后一条，结合之前的成果，基于硅的磷原子量子计算体系达成可扩展的量子计算从原理上成为现实。
硅基磷原子量子两比特门判断一个系统能否实现量子计算包含的五大判决要求包括：1.物理系统可扩展且系统中的量子比特具有良好性能；2.将量子比特的状态初始化为简单基态的能力；3.去相干时间长；4.一组“通用”量子比特门（包含单比特量子门和两比特量子门）；5.一种基于量子比特的测量能力。他们的芯片利用扫描隧道显微镜进行加工。
操作过程是：通过单个原子或一个原子团簇的摆放形成一个量子点，一个量子点自带势阱，势阱可以囚禁住电子，然后在电子上进行量子操作，电子的自旋则携带有量子比特信息。西蒙斯团队解决了这一问题。他们通过实验发现当原子距离缩短至13纳米时，量子门交换作用的打开或关闭能顺利进行。目前，新南威尔士大学的双原子量子比特门可在0.8纳秒内完成一次操作，比其他基于硅的量子门（在硅上加电极形成的量子门）快200倍。
但西蒙斯教授表示，她不会急于将其构建成集成电路。新南威尔士大学研究小组说，三个或四个纠缠的量子比特可以执行一个简单的算法。西蒙斯团队的下一个目标是5年内构建10比特的量子集成电路，并希望在10年内实现商业化。量子计算门派众多，包括超导体量子计算，半导体量子计算，光量子计算等。以半导体硅为载体的量子计算在国际上也有几条不同的路线。西蒙斯利用硅中杂质磷原子做量子计算。
另一种是在硅样品上加各种电极，然后通过电极形成势阱，利用势阱囚禁电子作为量子计算的比特。这个方向上的两比特门和单比特门已得到证明，但它对电极的密度要求非常高，因为一个比特需要2－3个电极，所以电极会排的非常密。但西蒙斯表示，她的实验室在硅基使用基于原子的量子比特的方法，最终将超越竞争对手。
西蒙斯说，基于硅的量子比特更受欢迎，因为它们具有最长的相干时间和最高的保真度（分别衡量量子比特保持量子态的时间和交换信息的准确性）。西蒙斯团队最新方案的量子比特保真度达94%。未来，他们将通过降低电荷噪声，降低电子温度，用纯净同位素28硅代替自然硅等方式继续提升保真度。西蒙斯说，这项成就是科学家们20年努力的结晶，这些努力将推动科学家们朝着“可扩展性的硅量子计算机”的目标迈进。
量子计算产业评估量子计算成功有两种常见的度量标准。第一种是制造一台性能超过传统计算机的机器，从而实现“量子霸权”。另一种是开发具有可行商业应用程序的处理器。前者需要大约50个量子比特，后者需要的量子比特更少。传统计算机包含数百万个晶体管，其值为0或1。但量子计算机可以制备两个逻辑态0和1的相干叠加态，换句话说，它可以同时存储0和1。由于能同时存在两种状态，量子比特能比比特更快地解决问题。
量子计算机理论上可以彻底改变任何依赖于繁重计算和数据处理的行业。这可能意味着更准确的天气预报、更有效的通勤时间、更安全的航空系统、更好地识别行星和生命、更智能的自动驾驶汽车、更好的药物治疗和超个性化的营销。昆士兰大学数学与物理学院教授汤姆·斯塔斯说，量子物理学已经从一个几乎完全以大学为中心、只做研究的领域成长为一个蓬勃发展的商业产业。他表示:“这个产业正在爆炸式增长，全球还缺少大约2万名量子专家。
量子技术正在密码学、医学、工业化学模拟以及提升传感器测量精确等方向寻找应用。”