“钻石的缺陷”为量子计算机提供完美接口

研究人员在基于量子隐形传态的远程位置之间产生量子纠缠。图片来源：日本横滨国立大学

钻石中的缺陷，也就是碳被氮或其他元素取代的原子缺陷，或能为量子计算提供近乎完美的接口。但是，这些被称为金刚石氮空位中心的缺陷是通过磁场控制的，这与现有的量子器件不兼容。日本研究人员开发了一种接口方法，以允许直接转换为量子器件的方式控制金刚石氮空位中心。该研究成果15日发表在《通讯·物理学》上。

论文通讯作者、日本横滨国立大学先进科学研究所量子信息研究中心和工程研究生院物理系教授小坂秀夫表示，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，光子是一种量子通信介质。

在量子互联网中，研究人员确定光子既是粒子又是光波，并且它们的波态可以揭示有关其粒子态的信息，反之亦然。更重要的是，这两种状态可以相互影响，挤压波可能会挫伤粒子。它们的本质是纠缠不清的，即使相隔很远。目的是控制纠缠以即时安全地传输离散数据。

小坂说，先前的研究表明，这种受控纠缠可通过向氮空位中心施加磁场来实现，但需要一种非磁场方法才能更接近实现量子互联网。

研究团队成功地使用微波和光偏振波来纠缠发射的光子和左自旋量子位，这是经典系统中信息位的量子等价物。这些极化是垂直于原始震源移动的波，就像从垂直断层位移水平辐射出的地震波。在量子力学中，光子的自旋性质（右旋或左旋）决定了偏振如何移动，这意味着它是可预测和可控的。至关重要的是，根据小坂的说法，当在非磁场下通过这种特性引起纠缠时，这种连接似乎对其他变量很稳定。

偏振的几何性质使研究人员能够产生对噪声和时间误差具有弹性的远程量子纠缠。研究团队将这种方法与之前演示的通过隐形传态进行的量子信息传输相结合，以在远程位置之间产生量子纠缠和由此产生的信息交换。小坂说，研究的最终目标是促进量子计算机网络互连以建立量子互联网。（记者张梦然）