科学家首次实现两块相距3米的钻石内量子比特纠缠

研究人员在最新一期的《自然》杂志撰文表示，未来的量子互联网有望由钻石晶体构成，他们已经让两块相距3米远的钻石内的信息发生纠缠。这样，测量一个量子比特的状态立刻会让另一个量子比特的状态固定下来，这是实现远距离量子信息交换所必需的步骤。

量子比特同传统计算机内使用的比特一样，但一个比特的状态是唯一的，而量子比特则允许同一时刻两个状态的叠加。最新研究的重要目标之一是为量子中继器提供基础，使长距离的量子互联网成为可能，最终提供超安全的通讯或朝未来的量子计算机传递软件和数据。

科学家们一直通过捕获离子和原子等其他系统来实现量子比特在远距离的纠缠，现在，钻石也成为他们的首选对象。美国芝加哥大学的量子物理学家戴维·艾维萨洛姆参与该研究，他解释道，用作量子计算机芯片的钻石并非珠宝店里熠熠生辉的钻石，而是有瑕疵的钻石，是用现代材料技术制备出的大约几百纳米厚、几平方厘米大小的钻石薄膜。科学家们在钻石上故意制造出原子大小的瑕疵，再充入氮原子。这些充氮钻石的信息储量是目前硅芯片系统的数百万倍，信息处理速度也是后者的数十倍。

在最新研究中，为了让不同钻石块内的量子比特发生纠缠，研究人员使用激光器来让每个量子比特在10开氏温度下同一个光子发生纠缠。这些光子会通过一条光纤光缆在半路相遇并发生纠缠。2007年，科学家们采用类似的方法首次让镱离子发生了纠缠；而2012年则让中性的铷原子发生了纠缠。

该研究的合作者、加拿大麦吉尔大学的物理学家莉莲·柴尔德里斯表示，目前，这种方法的效率还极低——成功率为千万分之一（或每十分钟才成功一次），但并不低于首个捕获原子或离子实验的效率。

该研究的领导者、荷兰代尔夫特理工大学的纳米科学家罗纳德·汉森表示：“尽管在让量子比特互联方面，离子和原子系统比钻石系统更先进，但钻石在将网络中远距离的处理器连接在一起方面独具优势。钻石的高度稳定性可以让以它为芯片的量子计算机在常温下工作，而其他量子系统有时需要温度接近绝对零度。另外，建立固体钻石芯片装配线听起来似乎比制造几百个离子捕获器更可行。”

去年，科学家们已经证明，钻石—空白量子比特能持续几十毫秒，甚至能被转移到相邻的碳原子或氮原子的原子核内，从而制造出了一列能存在几秒钟的“记忆”量子比特，在量子计算机领域内，这一时间段就接近于永恒了。