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兩塊(kuài)相距3米的鑽石首次實現量子比特糾纏

發布時間:2013-05-08 作(zuò)者: 來源:科(kē)技日報 瀏覽:1010

       “鑽石恒久遠,一顆永(yǒng)流傳(chuán)”。鑽石不僅(jǐn)是妙齡女郎的(de)愛物,現在也成了科學家的寵兒。研(yán)究人員在最新一(yī)期(qī)的《自然》雜誌撰文表示,未來的量子互聯網有望由(yóu)鑽石晶(jīng)體構成,他們已經讓兩(liǎng)塊相距3米遠的鑽石內的信息發生糾纏。這樣,測量一個量子比特的狀態立刻會讓另一個量子比(bǐ)特的(de)狀態固定下來,這是實現遠距離量(liàng)子(zǐ)信息交換所必需的步驟。

      量子比特同傳統計算機內使用的比特一樣,但一個比特的狀態是唯一的,而量子比(bǐ)特則允許同一時刻兩個狀(zhuàng)態的疊加。最新研究的重要目標之一是為量子中繼器提供基礎,使長距離的(de)量子互聯網成為可能,最終提供超安全的通訊或朝未來的量子計(jì)算機(jī)傳遞軟件和數據。

      科學家們一直通過捕(bǔ)獲(huò)離子和原子等其他係統來實現量子比特在遠距離的(de)糾(jiū)纏,現在,鑽石也成為他們的首(shǒu)選對象。美國(guó)芝加哥大學的量子物理(lǐ)學家戴維?艾維(wéi)薩洛姆參與該研究,他解釋道,用作量子計算機(jī)芯片的鑽石並非珠寶店裏熠熠生輝的鑽石,而是有瑕疵的鑽石,是用現代材料技術製備(bèi)出的大約幾百納米厚、幾平方厘米大小的鑽石薄膜。科學家們(men)在鑽石上故意製造出原子大小的瑕疵,再充入氮原子。這些充氮鑽石的信息(xī)儲量(liàng)是目前矽芯片係統的數(shù)百萬倍,信息處理速(sù)度也是後者(zhě)的數十倍。

      在最新研究中,為了讓不同鑽石塊內的量子比(bǐ)特發生糾纏,研究人員使用激(jī)光器來讓每個量子比特在10開氏溫度下同一(yī)個光子發生糾纏。這(zhè)些光子會通過一條光纖光纜在半路相遇並發生糾纏。2007年,科學家們采用類似的方法首次讓鐿離子發生了糾纏(chán);而2012年則讓中性的銣原子發生(shēng)了糾纏。

      該研(yán)究的合作者、加拿大麥吉爾大學的物理學家莉蓮?柴爾德(dé)裏斯表示,目前,這種方法的(de)效率還極低??成功率為千萬分之一(yī)(或每十(shí)分鍾才成功一次),但並不低於首個捕獲原(yuán)子(zǐ)或離子實驗的效(xiào)率。

      該研究的領導者、荷蘭(lán)代爾夫特理工大學的納米科學家羅(luó)納德?漢森表示:“盡管在讓量子比特互聯方麵(miàn),離子和原(yuán)子(zǐ)係(xì)統比(bǐ)鑽石係統更先進,但(dàn)鑽石在將網絡中遠距離的處理器連接在(zài)一起方麵獨具優勢。鑽石的高度穩定性(xìng)可以讓以它為芯片的(de)量子計算機在常(cháng)溫下工作,而其他(tā)量子係統有(yǒu)時需要溫度接近(jìn)絕對零度。另外,建立(lì)固(gù)體(tǐ)鑽石芯片裝配線聽起來似乎比製造幾百個離子捕(bǔ)獲器更可行。”

      去年,科學家們已(yǐ)經證明,鑽石?空白量子比(bǐ)特(tè)能持續幾十毫秒,甚至能(néng)被轉移到相鄰的碳原子或氮原子的原子核內,從而(ér)製造出了一列能(néng)存在幾秒鍾的(de)“記憶”量子比特,在量子計算機領域內,這一時間段就接近於永恒了。

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