站长之家 - 业界 2021-12-15 18:16

有缺陷的钻石可能为量子计算机提供更快、更安全的完美接口

钻石的缺陷--碳被氮或其他元素取代的原子缺陷--可能为量子计算提供一个接近完美的接口,这种拟议的通信交换有望比目前的方法更快、更安全。但有一个主要问题:这些缺陷,即所谓的钻石氮空穴中心是通过磁场控制的,这与现有的量子设备不兼容。想象一下,试图通过Wi-Fi将一台1974年开发的早期个人电脑Altair连接到互联网上。这是一个困难的任务,但并非不可能。这两种技术说的是不同的语言,所以第一步是帮助翻译和对接。

横滨国立大学的研究人员已经开发出一种界面方法,以允许直接翻译到量子设备的方式控制钻石的氮空穴中心。他们今天(2021年12月15日)在《通信物理》上发表了他们的方法。

"为了实现量子互联网,需要一个量子接口,通过光子产生远程量子纠缠,这是一种量子通信媒介,"通讯作者小坂秀雄说,他是横滨国立大学先进科学研究所量子信息研究中心和工程研究生院物理系的教授。

量子互联网植根于一个多世纪的工作中,研究人员确定光子同时是粒子和光波--它们的波状态可以揭示它们粒子状态的信息,反之亦然。不仅如此,这两种状态还能相互影响:可以说,捏住波就能挫伤粒子。它们的本质是纠缠在一起的,即使是隔着遥远的距离。其目的是控制纠缠,以即时和安全地交流离散的数据。

小坂秀雄说,以前的研究表明,这种受控纠缠可以通过对氮空穴中心施加磁场来实现,但需要一种非磁场的方法来接近实现量子互联网的目标。

他的团队成功地使用微波和光偏振波将一个发射的光子和左旋量子纠缠在一起,这是经典系统中信息比特的量子等价物。这些偏振波是垂直于发源地移动的波,就像地震波从垂直的断层移动中水平辐射出来。在量子力学中,光子的自旋特性--无论是右手还是左手--决定了偏振的移动方式,这意味着它是可预测和可控制的。关键的是,根据小坂秀雄的说法,当在非磁场下通过这一属性诱导纠缠时,这种连接对其他变量显得很稳定。极化的几何性质能够产生远程量子纠缠,这种纠缠对噪声和时间错误具有弹性。

据小坂秀雄说,他的团队将把这种方法与之前展示的通过远程传输进行的量子信息传输结合起来,在远程地点之间产生量子纠缠,以及由此产生的信息交换。小坂说,最终的目标是促进量子计算机的连接网络,建立一个量子互联网。量子互联网的实现将使量子密码学、分布式量子计算和量子传感在1000多公里的长距离内得以实现。

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