“鉆石缺陷”為量子計算機提供完美接口 研究成果發表在《通訊·物理學》

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，這與現有的量子器件不兼容。日本研究人員開發了一種接口方法，以允許直接轉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日發表在《通訊·物理學》上。

論文通訊作者、日本橫濱國立大學先進科學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，為了實現量子互聯網，需要一個量子接口來產生光子的遠程量子糾纏，光子是一種量子通信介質。

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

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現，但需要一種非磁場方法才能更接近實現量子互聯網。

研究團隊成功地使用微波和光偏振波來糾纏發射的光子和左自旋量子位，這是經典系統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。在量子力學中，光子的自旋性質(右旋或左旋)決定了偏振如何移動，這意味著它是可預測和可控的。至關重要的是，根據小坂的說法，當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定。

偏振的幾何性質使研究人員能夠產生對噪聲和時間誤差具有彈性的遠程量子糾纏。研究團隊將這種方法與之前演示的通過隱形傳態進行的量子信息傳輸相結合，以在遠程位置之間產生量子糾纏和由此產生的信息交換。小坂說，研究的最終目標是促進量子計算機網絡互連以建立量子互聯網。(張夢然)