新技术延长了量子态的持续时间

作者:束戕眯

研究人员的设备是蚀刻成金刚石的梯状结构梯子的“梯级”之间的间隙就像一面镜子,暂时捕获在梯子中心发出的光粒子使用量子比特设计,使用嵌入合成钻石中的氮原子,一组研究人员已经开发出一种新技术,可以极大地延长脆弱量子态的持续时间量子计算机是一种实验设备,能够在一些计算问题上实现指数加速,其中经典计算机中的一个位可以表示0或1,量子位或量子位,可以同时代表0和1,让量子计算机同时探索多个问题解决方案但实际上,量子态的这种“叠加”难以维持在本周出现在自然通讯,麻省理工学院研究人员和布鲁克海文国家实验室同事的论文中。合成钻石公司Element Six描述了一种实验中的新设计nts将一种有前景的量子比特的叠加时间延长了一百倍从长远来看,这项工作可能会导致实用的量子计算机。但在短期内,它可以实现量子安全通信链路的无限延伸,量子的商业应用目前距离不到100英里的信息技术研究人员的量子比特设计采用嵌入人造金刚石中的氮原子当氮原子恰好位于钻石晶格中的间隙旁边时,它们会产生“氮空位”,使研究人员能够光学控制单个电子和原子核的磁取向或“旋转”旋转可以是向上,向下或两者的叠加迄今为止,最成功的量子计算演示涉及被困在磁场中的原子但是“在真空中保持原子是很困难的,所以试图将它们固定在固体中是一件很大的努力,“Dirk Eng说道。 lund,麻省理工学院电气工程和计算机科学系的Jamieson职业发展助理教授和新论文的相应作者“特别是,你想要一个透明的固体,所以你可以发光进出晶体比许多其他固体更好,比如玻璃,因为它们的原子是美观和规则的,它们的电子结构很明确。在所有晶体中,钻石是捕获原子的特别好的主体,因为事实证明钻石的核基本上没有磁偶极子,这可能会对电子自旋造成噪音“光谈话在大块钻石中,氮空位中的自旋叠加可以持​​续近一秒但是为了相互通信,氮空位量子位需要能够通过粒子传递信息。光或光子这需要将光学谐振器内的空位定位,暂时捕获光子以前,由氮气空气组成的器件光学谐振器内部的ncies表现出的叠加时间仅为1微秒左右。研究人员的新设计可达到200微秒。然而,对于量子计算应用而言,将单个量子比特保持在叠加状态是不够的。他们的量子态也需要“纠缠”, “因此,如果一个量子比特失去叠加 - 如果它取决于0或1的确定值 - 它会限制其他量子比特的可能状态在使用光在氮空位量子比特之间移动信息的系统中,当发生纠缠时量子比特发出的光粒子同时到达光学元件 - 例如分束器 - 对于早期的系统,它通常需要几分钟才能在量子比特之间产生纠缠。对于新系统,它应该花费几毫秒仍然太长:一个实际的装置需要在它们相应的量子比特失去叠加之前纠缠光子,或者“刷掉”“Bu”这些数字实际上看起来非常有希望,“Englund说”在未来几年,纠缠率可能比退相干快几个数量级。“研究人员的装置由梯形钻石结构组成,其中心有氮空位,这是水平悬挂在硅衬底上方垂直照射到梯子上的光线将氮空位中的电子踢到更高能量的状态 当它回落到基态时,它释放出多余的能量作为光子,其量子态可以与其自身相关。钻石结构中的间隙 - 梯子中梯级之间的空间 - 充当所谓的光子晶体限制光子使其在空位上来回反弹数千次当光子最终出现时,它很可能沿着梯子的轴线行进,这样它就可以被引导到光纤中了正确的方向实际上,同步不同量子比特发射的光子的唯一方法是概率性的:重复实验,最终光子将同时到达光学元件在以前的系统中,光子发射的时间和方向留在机会在新系统中,时间仍然不稳定,但方向更可靠,与发射光的更高纯度一起,应该减少他需要产生纠缠的时间研究人员的制造过程始于5微米厚的合成金刚石晶片,其中氮原子以规则的间隔嵌入其中,由Element Six制造麻省理工学院的研究人员使用氧等离子体来减少钻石的厚度仅为200纳米钻石的碎片太小,无法使用标准光刻工艺进行蚀刻所以麻省理工学院的研究人员开发了一种新技术,将蚀刻成梯形图案的硅膜固定在金刚石上,然后再用氧等离子体去除没有被硅屏蔽的材料它们使用钨原子探针将所得到的结构转移到芯片上,其尖端有一点点粘性的硅树脂“通过硬掩模蚀刻而不是聚焦离子束似乎保留了金刚石材料没有缺陷,从而维持了自旋的连贯性,“剑桥大学物理系的读者Mete Atature说道。没有参与研究“这是利用氮空位中心作为分布式网络中纠缠,量子中继器或量子记忆的有效来源的重要一步。更高的收集效率将导致更快的生成和更快的纠缠验证因此,它类似于能够提高计算设备的时钟频率“出版物:Luozhou Li,等人,”钻石中纳米腔增强量子位的相干自旋控制,“Nature Communications 6,文章编号:6173; doi:101038 / ncomms7173消息来源:麻省理工学院Larry Hardesty新闻图片:....