美國和德國科學家在最新研究中，將包裹于鉆石內單個電子里的量子信息移入鄰近的單個氮原子核內，接著使用芯片上的布線讓其返回。這是科學家首次證明，鉆石內的亞原子也擁有量子記憶，據(jù)此可制造出亞原子存儲單元，這標志著人類朝研制出基于鉆石的量子計算機邁出了關鍵的一步。+ p8 Q( W4 Z, M' h4 b X+ A# ]
研究負責人、美國加州大學圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)自旋電子學和量子計算研究中心的David
; C ]3 U" Q- l; S1 jAwschalom表示，最新發(fā)現(xiàn)表明，全量子信息能在室溫下，在單個電子自旋和單個核自旋之間來回高保真地轉換。由于亞原子核狀態(tài)與外部世界之間更難發(fā)生具有破壞性的相互作用，鉆石內的亞原子也擁有量子記憶這種能力有助于研制原子
4 _: q$ I7 `0 K. O" L; q, n層級的存儲單元，進而應用到基于鉆石的量子計算機中。而且，這個過程還能擴展，可以據(jù)此研制出新的固態(tài)量子設備。2 D# G! g1 ^" Y. f2 L s' M5 [
該研究團隊之前已經(jīng)證明，能夠使用氮原子束故意在鉆石上制造瑕疵來捕獲單個電子，從而合成出數(shù)千個這樣單個的電子狀態(tài)。4 b8 j0 D4 c8 }* K5 h" g
量子計算機需要能操作可能同時為“0”和“1”的量子狀態(tài)的邏輯元件。即使在室溫下，鉆石中的瑕疵也能精確地做到這一點，于是科學家開始考慮利用有瑕疵的鉆石來存儲數(shù)據(jù)。不過，要制造出基于鉆石的量子計算機仍然存在著很多挑戰(zhàn)，其中之一是找到方法用可擴展的方式存儲量子信息。傳統(tǒng)計算機的存儲器和處理器位于兩個不同的物理位置，而在量子計算機中，它們則被集成在一起。該論文的主要作者、加州大學圣巴巴拉分校博士后Greg Fuchs表示，令人格外興奮的是，氮原子本身就是瑕疵的一部分，這意味著，在量子計算機內，這些亞原子存儲單元會自動地隨著邏輯字節(jié)數(shù)的增加而擴展。氮原子核自旋將是獲得可擴展的量子存儲的好選擇，困難在于如何快速地轉運這種量子狀態(tài)。David Awschalom解釋道：“關鍵的突破是，使用量子物理學獨特的屬性——在某種特定的情況下，兩個量子物體能混合成為一個新的復合體。通過將瑕疵內電子的 & G) D* O- T; T1 r+ z- w
量子自旋狀態(tài)和氮原子核的自旋狀態(tài)在很短的時間內（不到1千萬分之一秒）混在一起，最初被編進電子中的信息會被傳遞給原子核。”該論文的合著者、康斯坦茨大學的物理學家Guido Burkard表示：“其結果是，量子信息能夠被很快地轉運給壽命長的核自旋，這能進一步增強我們糾正量子計算中出現(xiàn)的錯誤的能力。”
* T" X" X. W ?2 v, T相關研究發(fā)表在本周出版的 《自然·物理學》雜志網(wǎng)絡版上。
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發(fā)表于 2011-7-30 19:41:45
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