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量子互联网迈出重要一步——哈佛剑桥联袂打造可调钻石弦

作者: 发布时间:2018-06-01 浏览次数:1740
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    量子互联网保证了通信的完全安全。但是使用量子比特或量子位来传递信息需要一个全新的硬件——量子存储器。 这个原子级设备需要存储量子信息并将其转换为光波通过网络传输。

    这个愿景的一个主要挑战是量子比特对它们的环境极为敏感,即使附近原子的振动也会破坏它们记忆信息的能力。到目前为止,研究人员依靠极低的温度来平息原子的振动,但其成本过高。

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    现在,哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)和剑桥大学的研究人员开发出了一种量子记忆储存的解决方案,让人惊喜的是,该方法就像给吉他调弦一样简单。研究人员设计了一种可以用来调节稳定量子位周围环境的钻石弦,并将记忆储存时长从几十纳秒提高到几百纳秒,这意味着他们将有足够的时间在量子芯片上进行许多操作。

   该研究论文的***作者、SEAS电气工程教授Marko Loncar介绍道:“钻石中的杂质已经成为打造量子网络过程中富有希望的技术转折点。然而,它们并不***——某些类型的杂质非常善于储存信息,但很难进行信息传输,其它一些杂质则是很好的传输材质,却在储存信息时会有遗漏和缺失。在该项研究中,我们采用了后一类杂质,然后将其记忆储存性能提升了10倍。”

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    钻石中的杂质被称为硅空位色心,其本身就是强大的量子位。一个被困在中心的电子就好似一块记忆体,可以发射出单个的红光光子,从而使其可以成为量子互联网的远程信息载体。然而,在钻石晶体附近原子无规律振动的影响下,中心的电子很快就会“忘记”它被要求记住的任何量子信息。

    为了改善嘈杂环境中量子位的记忆储存性能,研究人员将包含色心的钻石晶体切成一条约为1微米宽(比一缕头发丝还细100倍)的细线,并将其两端连接到电极上,通过施加电压,钻石弦拉伸并增加电子敏感的振动频率,就像收紧一把吉他的琴弦可以增加弦的频率或者提高它的音调一样。

    该论文的***合著者、SEAS的研究生Srujan Meesala解释道:“通过收紧弦上的张力,我们增加了振动的能量水平,因为电子对这一变化非常敏感,从而提高了其感应能力阈值,这意味着它现在只能感应到非常高的能量振动。这一过程有效地将晶体内部周遭的振动转化为无关紧要的背景噪声,使得空位内的电子能够轻松地将其容纳信息的时长持续数百纳秒,而这在量子尺度上算是相当长的时间了。一系列该类可调钻石弦的相互配合与联合运作或成为打造未来量子互联网的技术核心。”

    在接下来的研究中,研究人员希望将量子比特的记忆时长扩展到毫秒,这将使量子芯片完成成百上千次的操作以及实现长距离量子通信。

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    随着CVD合成技术的提高,洛阳誉芯金刚石通过采用气体原料(氢气、甲烷)在低于1个气压,800-1200℃的温度下采用外延生长的方式获得完全透明无色大尺寸金刚石单晶,其成分、硬度、密度等与天然钻石基本一致,而价格远远低于天然钻石;与高温高压法(HTHP)不同,CVD人工成合技术不需要使用催化剂,杜绝了生产中形成的金属夹杂、裂隙、孔洞等。

特点:打磨后的净度一般为VVS及以上级别,色度为D-J色。

可提供克拉级的钻石原胚。

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