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新型“量子钻石”或将使量子互联网成为可能

新浪科技讯? 北京时光7月13日消息,据国外媒体报道,“钻石长期远”是一句到处颂扬的告白语,但除此之外,钻石还具有很多奇怪的特点。如今,一种含有杂质的钻石或许将在将来的量子技巧??甚至是量子互联网??中发挥巨大年夜的感化。

SiV0钻石

“通过细致的材料工程学办法,我们得以揭示SiV0钻石高度连贯的光学和自旋特点,”研究作者、普林斯顿大年夜学助理传授Nathalie de Leon写道。他们的研究成果揭橥在近期的《科学》(Science)杂志上。根本上,这些钻石具有的特点使它们能用于量子计算机的互相连接。

当我们提到“量子”时,根本上就意味着“屈从量子力学的奇怪规矩”。起首请思虑自旋的属性。电子可以向上或向下扭转,就像一个棋子可所以红色或黑色。假如把你的眼睛蒙上,再递给你一个棋子,此时你并不会知道它是什么色彩;但在理论上,假如你知道放棋子的袋子的所有细节,并懂得别人伸手到袋子里的方法,你或许就能猜出棋子是什么色彩。

然而,电子的自旋就不是如许了,它具有本身的运作方法。假如它是量子,你可以从字面上懂得关于一个体系的所有信息,但依然不知道电子是向上照样向下自旋。这就是相干态,平日被翻译成电子同时向上和向下自旋。这种相干性很轻易用数学办法解释,但很难在物理上构建,因为来自外界的极渺小扰动都邑导致粒子在扭转中上升和下沉。

听起来这似乎是无稽之谈,那让我们从头讲起。钻石是碳元素构成的晶体,每个碳原子与相邻的4个碳原子形成共价键,慎密接洽在一路。科学家经由过程将钻石中的一些碳原子调换成氮原子,发清楚明了一些有趣的用处,比如制造一个时光晶体(time crystal)。在一项新实验中,科学家将一些碳原子调换成硅原子,制造出了具有硅空位的钻石,或许将来将应用在量子体系中。

用氮原子调换了碳原子的钻石在晶格中具有一个残剩电子和一个空位。应用这个空位的内涵性质可以形成一个相干量子态。它甚至可以和其他空位纠缠??这有点像相干性,但与无法肯定描述单个粒子不合的是,多个粒子可以被归到同一个数学体系中,并且无法在缺乏彼此的情况下被描述。

最终,科学家欲望构建出数据可以被编码成单个自旋、相干自旋组和纠缠自旋组的计算设备。在如许的范式中,你或许会欲望用量子计算机互相通信,创造出类似量子互联网的器械。或许你还能将量子态信息翻译成某种活动的器械,比如一个光粒子(称为光子)。

然则,当你试图将自旋主句翻译成光子信息时,这些氮空位钻石就会出现一个问题:当它们释放光子时,它们的频率(表示为色彩)并不完全雷同。它们是无法预知的。科学家或许可以用硅空位钻石克服这一问题。

不曾介入该研究的研究生Mihir Bhaskar说:“一个优胜的自旋光子界面应当始终发射频率雷同且清楚的光子,具有异常低的不肯定性。遗憾的是,(氮空位钻石)发出的97%的光子都伴跟着钻石晶格振动,这使得光子的频率从所需的频率偏移,使它们无法用于量子收集义务。”

不过,尽管其他研究者此前已经创造出了硅空位钻石,但这项研究更进一步。他们的工作显示,硅空位钻石可以在一个清楚且稳定的频率上释放光子,从而成为异常有前景的自旋光子界面。研究人员经由过程制造钻石并进行了一系列实验和光测量证清楚明了这一点。

当然,这还算不上一个接近实现量子互联网的巨大年夜飞跃。另一项尚未经由同业评断的研究指出,钻石不会异常明显地发出翻译后的光信息,除非受到极大年夜的压力??或许是地球外面大年夜气压的一万倍。“在将SiV0与将来技巧整合的过程中,钻石所请求的应变工程是巨大年夜的挑衅,”Mihir Bhaskar说道。

今朝照样量子计算机开辟的初期阶段,很难说哪种技巧将保持到最后。不过,最终能做到的技巧很可能会异常奇怪,或许会用到高度工程化的独特量子体系,比如硅填充钻石。(任天)

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