研究人員在最新一期的《自然》雜志撰文表示，未來的量子互聯(lián)網(wǎng)有望由鉆石晶體構(gòu)成，他們已經(jīng)讓兩塊相距3米遠的鉆石內(nèi)的信息發(fā)生糾纏。這樣，測量一個量子比特的狀態(tài)立刻會讓另一個量子比特的狀態(tài)固定下來，這是實現(xiàn)遠距離量子信息交換所必需的步驟。

量子比特同傳統(tǒng)計算機內(nèi)使用的比特一樣，但一個比特的狀態(tài)是唯一的，而量子比特則允許同一時刻兩個狀態(tài)的疊加。最新研究的重要目標之一是為量子中繼器提供基礎(chǔ)，使長距離的量子互聯(lián)網(wǎng)成為可能，最終提供超安全的通訊或朝未來的量子計算機傳遞軟件和數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們一直通過捕獲離子和原子等其他系統(tǒng)來實現(xiàn)量子比特在遠距離的糾纏，現(xiàn)在，鉆石也成為他們的首選對象。美國芝加哥大學(xué)的量子物理學(xué)家戴維·艾維薩洛姆參與該研究，他解釋道，用作量子計算機芯片的鉆石并非珠寶店里熠熠生輝的鉆石，而是有瑕疵的鉆石，是用現(xiàn)代材料技術(shù)制備出的大約幾百納米厚、幾平方厘米大小的鉆石薄膜。科學(xué)家們在鉆石上故意制造出原子大小的瑕疵，再充入氮原子。這些充氮鉆石的信息儲量是目前硅芯片系統(tǒng)的數(shù)百萬倍，信息處理速度也是后者的數(shù)十倍。

在最新研究中，為了讓不同鉆石塊內(nèi)的量子比特發(fā)生糾纏，研究人員使用激光器來讓每個量子比特在10開氏溫度下同一個光子發(fā)生糾纏。這些光子會通過一條光纖光纜在半路相遇并發(fā)生糾纏。2007年，科學(xué)家們采用類似的方法首次讓鐿離子發(fā)生了糾纏；而2012年則讓中性的銣原子發(fā)生了糾纏。

該研究的合作者、加拿大麥吉爾大學(xué)的物理學(xué)家莉蓮·柴爾德里斯表示，目前，這種方法的效率還極低——成功率為千萬分之一（或每十分鐘才成功一次），但并不低于首個捕獲原子或離子實驗的效率。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的納米科學(xué)家羅納德·漢森表示：“盡管在讓量子比特互聯(lián)方面，離子和原子系統(tǒng)比鉆石系統(tǒng)更先進，但鉆石在將網(wǎng)絡(luò)中遠距離的處理器連接在一起方面獨具優(yōu)勢。鉆石的高度穩(wěn)定性可以讓以它為芯片的量子計算機在常溫下工作，而其他量子系統(tǒng)有時需要溫度接近絕對零度。另外，建立固體鉆石芯片裝配線聽起來似乎比制造幾百個離子捕獲器更可行。”

去年，科學(xué)家們已經(jīng)證明，鉆石—空白量子比特能持續(xù)幾十毫秒，甚至能被轉(zhuǎn)移到相鄰的碳原子或氮原子的原子核內(nèi)，從而制造出了一列能存在幾秒鐘的“記憶”量子比特，在量子計算機領(lǐng)域內(nèi)，這一時間段就接近于永恒了。