“钻石的缺陷”为量子计算机提供了完美的接口

钻石中的缺陷，即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近乎完美的界面。然而，这些被称为金刚石氮空位中心的缺陷是由磁场控制的，这与现有的量子器件不兼容。日本研究人员开发了一种界面方法，通过允许直接转换到量子器件来控制金刚石的氮空位中心。研究结果于15日发表于《通讯物理学》。

论文作者、日本横滨国立大学高级科学研究所量子信息研究中心和工程研究生院物理系的Hideo Kozaka教授表示，为了实现量子互联网，需要一个量子接口来产生光子的远程量子纠缠，这是一种量子通信介质。

在量子互联网中，研究人员已经确定光子既是粒子又是光波，它们的波态可以揭示关于它们粒子状态的信息，反之亦然。更重要的是，这两种状态可以相互作用，压缩波可能会擦伤粒子。他们的本质是交织在一起的，即使他们相距甚远。目的是控制纠缠以实时安全地传输离散数据。

坂本龙一说，此前的研究表明，这种可控纠缠可以通过在氮空位中心施加磁场来实现，但需要一种非磁场方法更接近量子互联网的实现。

该研究团队成功地利用微波和偏振光波将发射的光子纠缠在一起，留下自旋量子比特，它们是经典系统中信息比特的量子等价物。这些极化是垂直于原始震源运动的波，就像垂直断层位移水平辐射的地震波一样。在量子力学中，光子的自旋属性(右旋或左旋)决定了偏振如何运动，这意味着它是可预测和可控的。至关重要的是，根据坂本龙一的说法，当纠缠是由非磁场中的这一特性引起时，这种联系似乎对其他变量是稳定的。

偏振的几何特性使研究人员能够产生对噪声和时间误差具有弹性的长程量子纠缠。研究团队将这种方法与先前演示的通过隐形传态传输量子信息相结合，以产生量子纠缠，并由此在远程位置之间进行信息交换。坂本龙一表示，研究的最终目标是推动量子计算机网络的互联互通，建立量子互联网。