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 Winnie Lee • 2018-07-12 09:57:15 来源:澳门新濠天地官方赌场网 E1601G0

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(图源:GIZMODO)

“钻石是永恒的”是一句陈词滥调,并不能完全概括钻石的许多奇怪属性。

但是一种新的钻石,一种含有杂质的钻石,或许会因成为了在未来量子技术中有用的东西而永恒——甚至是用于量子互联网。

这听起来可能毫无意义,让我们回顾一下。

钻石只是晶格,每个碳原子都与四个相邻的碳原子结合,形成一种坚固的网络结构。

科学家们发现了钻石的有趣用途,例如,把一些碳原子改成氮——就像做一种时光晶体一样。

一项新的实验用硅原子取代了一些碳原子,创造出了硅空位钻石,这可能会具备用于量子系统的潜在用途。

“我们证明,通过细致的材料工程学方法,我们能够发现SiV0的高度一致的光学和自旋特性,”由普林斯顿大学助理教授Nathalie de Leon领导的研究人员在《科学》杂志上发表的研究报告中写道。

基本上,这些钻石的性质使它们对连接量子计算机有用。

当我提及“量子”时,我的意思基本上是“服从量子力学的奇怪规则”。

让我们先来考虑自旋的性质。电子可以向上或向下旋转,就像棋子可以是红色或黑色。如果我在你闭着眼睛的时候递给你一个棋子,你不会知道它的颜色——但从理论上说,如果你知道棋子袋子的每一个细节,以及我是如何把手伸进袋子的,你或许就能知道棋子是什么颜色。

但是对于电子自旋,它不是这样工作的。

如果它是量子,你可以知道关于一个系统的一切信息,但依然不知道电子是向上还是向下旋转。

这就是相干态,它通常被解释为电子的同时向上和向下自旋。

这种相干性在数学上很容易解释,但在物理上很难构建,因为来自外部世界的微小扰动就可以导致粒子在旋转中上升和下沉。

用氮原子交换碳原子的钻石有剩余的电子和晶格结构上的空隙。这个空隙具有内在性质,可以形成相干量子态。

它甚至可以和其他空隙纠缠在一起——这有点像相干性,但不是不能确定地描述单个粒子,而是多个粒子被卷入到同一个数学体系中,没有彼此就无法描述。

最终,科学家们想要建立计算设备,在这些设备中,数据可以被编码成单个自旋、相干自旋组和纠缠自旋组。

在这种情况下,你可能想让量子计算机彼此通信——创造出一种类似于量子互联网的东西。

也许你可以把量子态信息转换成一个移动的物体,比如一个光粒子(称为光子)。

但是,当你试图将自旋数据转换成光子上的信息时,这些含氮空位的钻石却有一个缺点——当它们释放光子时,它们的频率或颜色并不相同。

他们是不可预测的。科学家们或许可以用一颗硅空位钻石来克服这一缺陷。

“一个好的自旋光子界面应该总是发射出相同的光子,以一种明确的频率,而且不确定性非常低。不幸的是,氮空位钻石发射的97%的光子都伴随着钻石晶格振动,这种振动将光子的频率远离我们期望的频率,使得它们对量子网络任务毫无用处。”

但是,当其他人以前创造过硅空位钻石时,这项研究更进一步。

在这项研究中,作者表明硅空位钻石发射的光子具有明确的稳定频率,使它成为一个有前途的自旋光子界面。

作者证明了这一点,他们制造出了他们的钻石,并利用光进行了一系列的测试和测量。

当然,这并不是一个更接近量子互联网的飞跃。

另一项尚未经过同行评议的研究指出,除非在很大的压力下(可能是地球表面空气压力的一万倍),否则钻石不会发出明亮的可翻译的光信息。

Bhaskar说:“钻石需要的应变工程对将SiV0纳入未来的技术是一个巨大的挑战。”

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