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研究發(fā)現(xiàn)金剛石氮空位中心缺陷通過磁場控制 與量子器件不兼容
發(fā)布日期： 2021-12-16 14:25:51 來源： 科技日報

鉆石中的缺陷，也就是碳被氮或其他元素取代的原子缺陷，或能為量子計算提供近乎完美的接口。但是，這些被稱為金剛石氮空位中心的缺陷是通過磁場控制的，這與現(xiàn)有的量子器件不兼容。日本研究人員開發(fā)了一種接口方法，以允許直接轉(zhuǎn)換為量子器件的方式控制金剛石氮空位中心。該研究成果15日發(fā)表在《通訊·物理學(xué)》上。

論文通訊作者、日本橫濱國立大學(xué)先進(jìn)科學(xué)研究所量子信息研究中心和工程研究生院物理系教授小坂秀夫表示，為了實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)，需要一個量子接口來產(chǎn)生光子的遠(yuǎn)程量子糾纏，光子是一種量子通信介質(zhì)。

在量子互聯(lián)網(wǎng)中，研究人員確定光子既是粒子又是光波，并且它們的波態(tài)可以揭示有關(guān)其粒子態(tài)的信息，反之亦然。更重要的是，這兩種狀態(tài)可以相互影響，擠壓波可能會挫傷粒子。它們的本質(zhì)是糾纏不清的，即使相隔很遠(yuǎn)。目的是控制糾纏以即時安全地傳輸離散數(shù)據(jù)。

小坂說，先前的研究表明，這種受控糾纏可通過向氮空位中心施加磁場來實(shí)現(xiàn)，但需要一種非磁場方法才能更接近實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)。

研究團(tuán)隊成功地使用微波和光偏振波來糾纏發(fā)射的光子和左自旋量子位，這是經(jīng)典系統(tǒng)中信息位的量子等價物。這些極化是垂直于原始震源移動的波，就像從垂直斷層位移水平輻射出的地震波。在量子力學(xué)中，光子的自旋性質(zhì)(右旋或左旋)決定了偏振如何移動，這意味著它是可預(yù)測和可控的。至關(guān)重要的是，根據(jù)小坂的說法，當(dāng)在非磁場下通過這種特性引起糾纏時，這種連接似乎對其他變量很穩(wěn)定。

偏振的幾何性質(zhì)使研究人員能夠產(chǎn)生對噪聲和時間誤差具有彈性的遠(yuǎn)程量子糾纏。研究團(tuán)隊將這種方法與之前演示的通過隱形傳態(tài)進(jìn)行的量子信息傳輸相結(jié)合，以在遠(yuǎn)程位置之間產(chǎn)生量子糾纏和由此產(chǎn)生的信息交換。小坂說，研究的最終目標(biāo)是促進(jìn)量子計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連以建立量子互聯(lián)網(wǎng)。(科技日報記者 張夢然)

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