“量子技術(shù)”利用量子疊加和糾纏的獨特現(xiàn)象來編碼和處理信息，對從通信到傳感和計算的廣泛信息技術(shù)具有潛在的深遠好處。

然而，發(fā)展這些技術(shù)的一個主要挑戰(zhàn)是量子現(xiàn)象是非常脆弱，只有少數(shù)幾個物理系統(tǒng)已經(jīng)被識別出來，在這些系統(tǒng)中，量子現(xiàn)象存在的時間足夠長，并且可以充分控制，從而發(fā)揮作用。金剛石等材料中的原子缺陷就是這樣一個系統(tǒng)，但缺乏在原子尺度上制造和工程晶體缺陷的技術(shù)，迄今為止進展有限。

一組科學(xué)家在《Optica》上發(fā)表的一篇論文中證明了這種新方法的成功。它們包括金剛石(碳)晶格中的氮雜質(zhì)，該金剛石(碳)晶格位于空位或空位附近。NV中心是通過將一系列超快激光脈沖聚焦到金剛石上而形成，其中第一個脈沖的能量足夠高，可以在激光聚焦中心產(chǎn)生空位，隨后的脈沖能量較低，可以激活空位，直到其中一個脈沖與氮雜質(zhì)結(jié)合，形成所需的復(fù)合物。這項新研究是由牛津大學(xué)材料系的杰森·史密斯教授、牛津大學(xué)工程科學(xué)系的帕特里克·索爾特博士和馬丁·布斯教授以及華威大學(xué)同事共同領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊進行。

這是在英國量子技術(shù)項目的量子計算技術(shù)中心NQIT研究項目內(nèi)進行，得到了提供鉆石樣本的英國戴比爾斯公司支持?？茖W(xué)家們的新方法包括使用一個靈敏熒光監(jiān)測器來檢測從焦區(qū)發(fā)出的光，這樣就可以根據(jù)觀察到的信號積極地控制這一過程。通過結(jié)合本地控制和反饋，新方法促進了單個NV中心陣列的生產(chǎn)，每個站點上只有一個顏色中心——這是構(gòu)建可伸縮技術(shù)的關(guān)鍵能力。它還允許精確定位缺陷，這對集成設(shè)備的工程設(shè)計非常重要?？焖僖徊降倪^程很容易自動化，每一個NV中心只需幾秒鐘的創(chuàng)建。

馬丁?布斯教授表示：鉆石色彩中心為開發(fā)緊湊而強大的量子技術(shù)提供了一個非常令人興奮的平臺，而這一新工藝可能會改變所需材料工程的游戲規(guī)則。優(yōu)化這一過程還有很多工作要做，但希望這一步將有助于加快這些技術(shù)的交付?？茖W(xué)家們相信，這種方法最終可能被用于制造厘米大小的鉆石芯片，其中包含10萬個或更多的NV中心，作為通往量子技術(shù)“圣杯”(一種通用的容錯量子計算機)的一條道路。

杰森?史密斯教授表示：第一臺量子計算機現(xiàn)在正開始出現(xiàn)，但這些機器雖然令人印象深刻，但它們只觸及了可能實現(xiàn)的目標(biāo)的皮毛，所使用的平臺可能沒有足夠的可擴展性，無法實現(xiàn)量子計算必須提供的全部能力。鉆石色中心可以提供一個解決這個問題的方法，將高密度的量子位元封裝在一個固態(tài)晶片上，用光學(xué)方法將它們互相糾纏，形成量子計算機的核心。能夠?qū)V中心寫入具有高度控制的鉆石中，是實現(xiàn)這些設(shè)備和其他設(shè)備的關(guān)鍵第一步。

博科園｜研究/來自：牛津大學(xué)

參考期刊《Optica》

DOI: 10.1364/OPTICA.6.000662

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普