澳大利亚科学家米歇尔·西蒙斯（Michelle Simmons）是制造单原子电子器件的先行者。她使澳大利亚在开发一种可行的量子计算机的国际竞争中成为了全球强国。
“量子计算可以在几分钟内解决一些传统计算机需要耗费几百年甚至几千年才能运算出结果的问题，”来自新南威尔士大学（UNSW悉尼）的米歇尔•西蒙斯(Michelle Simmons)教授表示。
有别于常规计算机的顺序计算，这类未来派机器执行的是并行计算规则。
澳大利亚在开发由硅制成的量子计算机领域处于国际领先地位。这在很大程度上要归功于西蒙斯，她是澳大利亚研究委员会量子计算和通信技术卓越中心的主任。
该中心成员由来自新南威尔士大学、墨尔本大学、澳大利亚国立大学、格里菲斯大学、悉尼大学、新南威尔士大学堪培拉校区(国防部军事学院) 、悉尼科技大学和昆士兰大学等高等院校的近200名研究人员组成。
全球各地的研究团体都在探索开发量子计算机的各种方法，其中一些涉及特殊材料。目前，西蒙斯和她的中心聚焦于两种实现路径：一是光量子计算机，通过光子的量子属性进行信息编码；二是以硅材料为基础的固态量子计算机。
后者在规模化实际系统应用中已取得国际领先的地位，她说：“澳大利亚过去十几年在这个领域的耕耘和收获奠定了我们的竞争优势。”
“我们在原子精密设备领域保持领先，后来者很难追上我们。”
解决特定复杂问题
西蒙斯团队制定了详细的计划，准备在五年内开发出10个量子位的集成电路设备，并致力于在下一个十年开发出100个量子位的系统。
西蒙斯表示，如果一切按计划推进，量子计算机将在检索庞大数据集、解决复杂的优化问题、金融市场建模或生物分子模拟等方面展现卓越的性能。量子技术还将具备重要的新型建模技能，有效提升药品开发质量，加快研发效率。
西蒙斯称，量子计算机可以帮助运输和递送公司大幅降低燃料消耗，或者改进自动驾驶汽车中的模式识别软件，从而提高汽车的安全性和速度。此外，量子计算机的应用也将给人们的日常生活带来便利，小到了解交通路况和天气预报的实时分析，大到引领个性化医疗新时代的到来。
进入量子领域
量子计算机的独特能力源于信息编码的方式。
在传统的计算机中，信息的存储基本单位是经典的二进制位（比特）：晶体管的开和关代表了二进制的1和0。西蒙斯在原子级设备领域以制造见长，她利用电子/核自旋写入信息，所用的电子被绑定在嵌入硅晶体管的单个磷原子上，称为量子比特或量子位。
通过将晶体管冷却至极低的温度并置于磁场中，可以产生二级量子系统，其中自旋表现为微小的条状磁体，处于0状态或者1状态，与传统的信息有相似之处。
但是量子位具有诡异的性质，可同时存在于多个状态的叠加中。产生的结果是信息量成倍储存于系统中的每一个新量子位上，使计算能力呈指数级增长。
此外，量子位也表现出人们称之为“量子纠缠”的奇异状态。据西蒙斯介绍，任何操作都会同时影响所有量子位及其相干态。
她说：“这就是大规模并行处理的原力所在。”
理论上，只要300个量子位就可以存入相当于宇宙中原子数量总和的经典信息（一和零）。这个量级的系统在校正误差后，能力将超越拥有数十亿经典比特的最强大的超级计算机。
硅的故事及其优势
1998年，物理学家布鲁斯•凯恩概述了用量子位中的磷原子在硅中构建量子计算机的设想。当时的西蒙斯还在英国剑桥大学，她对砷化镓量子装置进行了“精细控制”，但遭遇了无法复刻装置的技术瓶颈。
“我当时非常沮丧，”她回忆道。“布鲁斯的建议解决了所有我们已知的难题，重点要攻克的只剩下磷和硅。我认为这是制造一个可重复使用的量子装置的最简单的方法，而且在技术上几乎是可行的。
硅作为制造现代计算机芯片的材料，具备以下优点：得益于价值数万亿元的研发投资，人们已经完全掌握了硅的属性，它易于制造，且可以实现无其他自旋干扰的纯化。
西蒙斯认为，这是“迄今为止制造可扩展量子计算机的最好材料”。这个信念至今依然坚定。
到澳大利亚做科学领袖。
1999年，西蒙斯做出了到澳大利亚的“简单决定”。她说：“澳大利亚的文化比美国或英国更具开放性与合作精神，让年轻人有更多的机会在职业生涯早期担当领袖。”
在资金和学术自由的支持下，西蒙斯从事了很多“雄心勃勃的高风险”项目，引领了诸多科研突破和技术成果的产生。
她的团队开发了世界上第一个单原子晶体管和最细的硅基导线，已经实现以最高精度读出单个磷原子上单个电子自旋态的能力。最近西蒙斯团队还实现了硅设备的“最低噪音水平”。众所周知，来自周围环境的干扰或“噪声”会破坏量子位保持状态的能力，所以这是一项重要的成就，她补充道。
2015年底，澳大利亚政府承诺拨款2600万澳元资助该中心转化研究成果。澳大利亚联邦银行和电信巨头澳大利亚电信公司（Telstra）紧随其后承诺投资1000万澳元。
合计4600万澳元的资金支持使该中心能够以良好的状态保持国际领先地位。即使有其他研究小组率先展示可投入使用的量子计算机，西蒙斯相信她的团队所推出的量子位也将更胜一筹：“我们有信心构建出更好的系统。”
将杀：童年的国际象棋比赛
西蒙斯荣膺2018澳大利亚年度人物
西蒙斯八岁时，她第一次和父亲下棋就打败了父亲。这是她童年的转折点：“这件事对我产生深远影响的原因是父亲当时真的没有预料到我会战胜他。”
西蒙斯说，这激励了她总是乐于迎接挑战，全力以赴的投身于肩负的任务，无视他人的预期。
这种态度使她在科研生涯中得到了诸多回报：她成为拥有250位诺贝尔奖获得者的美国艺术与科学学院的研究员，并获得了2015年度澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）颁发的尤里卡科学领导奖。
在摘获2017年度欧莱雅-联合国教科文组织颁发的“世界杰出女科学家成就奖”后，西蒙斯说：“试图在一个最小的量级内掌控自然是一个让人非常兴奋和满足的奋斗领域。”
“这一想法是我长久以来对这份事业满怀热忱的源泉，也促使我不断发掘自身的巨大潜能。获此认可我深感荣幸，也希望能以此激励他人。”
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