新型“量子钻石”或使量子互联网成为可能

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据国外媒体报道,“钻石恒久远”是一句脍炙人口的广告语,但除此之外,钻石还具有一点奇怪的形态。现在,这些中有 杂质的钻石或许将在未来的量子技术——甚至是量子互联网——中发挥巨大的作用。

听起来这似乎是无稽之谈,那让亲戚亲戚人们从头讲起。钻石是碳元素组成的晶体,每个碳原子与相邻的另4个多 碳原子形成共价键,紧密联系在并肩。科学家通过将钻石中的一点碳原子替加进去氮原子,发现了一点有趣的用途,比如制造另4个多 时间晶体(time crystal)。在一项新实验中,科学家将一点碳原子替加进去硅原子,制发明了具有硅空位的钻石,或许未来将应用在量子系统中。

“通过细致的材料工程学法律土妙招,亲戚亲戚人们得以揭示SiV0钻石深度连贯的光学和自旋形态,”研究作者、普林斯顿大学助理教授Nathalie de Leon写道。亲戚人们的研究结果发表在近期的《科学》(Science)杂志上。基本上,哪几种钻石具有的形态使它们能用于量子计算机的相互连接。

当亲戚亲戚人们提到“量子”时,基本上就原因分析“服从量子力学的奇怪规则”。首先请思考自旋的属性。电子都还可不可以 向上或向下旋转,就像另4个多 棋子都还可不可以 是红色或黑色。将会把你的眼睛蒙上,再递让人另4个多 棋子,此时你暂且会知道它是哪几种颜色;但在理论上,将会你知道放棋子的朔料袋的所有细节,并了解别人伸手到朔料袋里的法律土妙招,你或许就能猜出棋子是哪几种颜色。

然而,电子的自旋就总要从前 了,它具有被委托人的运作法律土妙招。将会它是量子,让人从字面上了解关于另4个多 系统的所有信息,但依然别问我电子是向上还是向下自旋。这也不相干态,通常被翻译成电子并肩向上和向下自旋。这些相干性很容易用数学法律土妙招解释,但很难在物理上构建,将会来自外界的极微小扰动总要原因分析粒子在旋转中上升和下沉。

用氮原子替换了碳原子的钻石在晶格中具有另4个多 剩余电子和另4个多 空位。利用这些空位的内在性质都还可不可以 形成另4个多 相干量子态。它甚至都还可不可以 和一点空位纠缠——这很重像相干性,但与无法确定 描述单个粒子不同的是,多个粒子都还可不可以 被归到同另4个多 数学体系中,否则无法在缺少彼此的状况下被描述。

最终,科学家希望构建出数据都还可不可以 被编码成单个自旋、相干自旋组和纠缠自旋组的计算设备。在从前 的范式中,你或许会希望用量子计算机相互通信,创发明类事量子互联网的东西。或许你还能将量子态信息翻译成这些活动的东西,比如另4个多 光粒子(称为光子)。

否则,当你试图将自旋主句翻译成光子信息时,哪几种氮空位钻石就会出现 另4个多 难题:当它们释放光子时,它们的频率(表现为颜色)暂且详细相同。它们是无法预知的。科学家或许都还可不可以 用硅空位钻石克服这些难题。

未曾参与该研究的研究生Mihir Bhaskar说:“另4个多 良好的自旋光子界面应该始终发射频率相同且清晰的光子,具有非常低的不确定 性。遗憾的是,(氮空位钻石)发出的97%的光子都伴随着钻石晶格振动,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网络任务。”

不过,尽管一点研究者此前将会创发明了硅空位钻石,但这项研究更进一步。亲戚人们的工作显示,硅空位钻石都还可不可以 在另4个多 清晰且稳定的频率上释放光子,从而成为非常有前景的自旋光子界面。研究人员通过制造钻石并进行了一系列试验和光测量证明了这些点。

当然,这还算不上另4个多 接近实现量子互联网的巨大飞跃。另一项尚未经过同行评议的研究指出,钻石不必非常明显地发出翻译后的光信息,除非受到极大的压力——或许是地球表层大气压的一万倍。“在将SiV0与未来技术整合的过程中,钻石所要求的应变工程是巨大的挑战,”Mihir Bhaskar说道。

目前还是量子计算机开发的初期阶段,很难说哪种技术将坚持到最后。不过,最终能做到的技术很将会会非常奇怪,或许会用到深度工程化的奇特量子系统,比如硅填充钻石。