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,钻石还具有有些奇怪的形状。现在,本身中有 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,那让亲戚亲戚亲戚亲戚朋友从头讲起。钻石是碳元素组成的晶体,每个碳原子与相邻的六个 碳原子形成共价键,紧密联系在一并。科学家通过将钻石中的有些碳原子替加在氮原子,发现了有些有趣的用途,比如制造六个 时间晶体(time crystal)。在一项新实验中,科学家将有些碳原子替加在硅原子,制伟大的创造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最好的最好的办法,亲戚亲戚亲戚亲戚朋友得以揭示SiV0钻石淬硬层 连贯的光学和自旋形状,”研究作者、普林斯顿大学助理教授Nathalie de Leon写道。亲戚亲戚亲戚朋友的研究结果发表在近期的《科学》(Science)杂志上。基本上,什么钻石具有的形状使它们能用于量子计算机的相互连接。

当亲戚亲戚亲戚亲戚朋友提到“量子”时,基本上就意味“服从量子力学的奇怪规则”。首先请思考自旋的属性。电子能都可不上能 向上或向下旋转,就像六个 棋子能都可不上能 是红色或黑色。机会把你的眼睛蒙上,再递让人六个 棋子,此时你不不说会知道它是什么颜色;但在理论上,机会你知道放棋子的编织袋 的所有细节,并了解别人伸手到编织袋 里的最好的最好的办法,你或许就能猜出棋子是什么颜色。

然而,电子的自旋有的是的是可是了,它具有有些人的运作最好的最好的办法。机会它是量子,让人从字面上了解关于六个 系统的所有信息,但依然别问我电子是向上还是向下自旋。这可是相干态,通常被翻译成电子一并向上和向下自旋。你你這個相干性很容易用数学最好的最好的办法解释,但比较慢在物理上构建,机会来自外界的极微小扰动总要意味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六个 剩余电子和六个 空位。利用你你這個空位的内在性质能都可不上能 形成六个 相干量子态。它甚至能都可不上能 和有些空位纠缠——这很重像相干性,但与无法选则描述单个粒子不同的是,多个粒子能都可不上能 被归到同六个 数学体系中,有过后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能都可不上能 被编码成单个自旋、相干自旋组和纠缠自旋组的计算设备。在可是的范式中,你或许会希望用量子计算机相互通信,创伟大的创造发明相似量子互联网的东西。或许你还能将量子态信息翻译成本身活动的东西,比如六个 光粒子(称为光子)。

有过后,当你试图将自旋主句翻译成光子信息时,什么氮空位钻石就会经常总出 六个 现象:当它们释放光子时,它们的频率(表现为颜色)不不说完整相同。它们是无法预知的。科学家或许能都可不上能 用硅空位钻石克服你你這個现象。

未曾参与该研究的研究生Mihir Bhaskar说:“六个 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,具有非常低的不选则性。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,尽管有些研究者此前机会创伟大的创造发明了硅空位钻石,但这项研究更进一步。亲戚亲戚亲戚朋友的工作显示,硅空位钻石能都可不上能 在六个 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你你這個点。

当然,这还算不上六个 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,钻石不不非常明显地发出翻译后的光信息,除非受到极大的压力——或许是地球棘层大气压的一万倍。“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,比较慢说哪种技术将坚持到最后。不过,最终能做到的技术很机会会非常奇怪,或许会用到淬硬层 工程化的奇特量子系统,比如硅填充钻石。